8 марта экспедиция покинула Александрию и направилась в 500-мильный переход через Ливийскую пустыню в Дерну. В заранее назначенном пункте на ливийском побережье их должен был встретить «Аргус» с грузом продовольствия. Изначально экспедиция проходила весьма успешно, но вскоре закончились запасы продовольствия, и часть арабов открыто выступила за возвращение в Александрию. В один из дней 200 арабов набросились на морских пехотинцев и наёмников Итона, которые охраняли запасы провизии. Только стойкость морских пехотинцев позволила не допустить кровопролития, а речь Итона позволила успокоить арабов.

15 апреля отряд дошёл до города Бомба. Оказалось, что американских кораблей, которые должны были доставить воду и продовольствие, там не было. Только на следующий день появился «Аргус», а за ним, с опозданием ещё на один день, бриг «Хорнет». Они доставили провизию и необходимое вооружение.

К 25 апреля войско преодолело шестидесятимильный путь от Бомбы до Дерны. Большая часть городских жителей с восторгом встретила Хамета как законного правителя. Однако гарнизон, состоявший из восьми сотен солдат, остался верен Юсуфу. Желая избежать лишнего кровопролития и понимая, что в Дерне могут подойти подкрепления из Триполи, Итон предложил коменданту крепости сдаться. Ответ был лаконичен: «Моя голова или ваша». Таким образом, сражение стало неизбежным 27 апреля американские корабли открыли огонь по укреплениям Дерны и продолжали обстрел в течение двух часов. Итон разделил свои силы на две чести. Арабы Хамета должны были отрезать дорогу на Триполи, а затем атаковать дворец губернатора. Другая часть отряда, состоявшая из морских пехотинцев и наёмников, напала на крепость.

Если арабы Хамета не встретили серьёзного сопротивления, то морпехам пришлось тяжело. Защитники крепости отбили первый приступ. Только когда раненный в руку Итон лично возглавил атаку, стойкость защитников крепости была поколеблена. Захватив крепость, американцы развернули орудия и открыли огонь по городу, громя последние очаги сопротивления. К четырём часам дня город оказался под контролем Итона.

Потери атакующих составили всего 14 человек. Из них четверо были американцами (двое убитых и двое раненых). Эго был первый в истории США случай, когда американский флаг поднимался над захваченными вражескими укреплениями за пределами Америки.

Через несколько дней к Дерне прибыла армия Юсуфа, состоявшая из 1200 воинов. Она существенно превышала силы Итона, однако на его стороне была дисциплинированная американская морская пехота 13 мая началась атака войск Юсуфа Однако, попав под обстрел крепостной артиллерии, враг дрогнул и побежал.

После победы у Дерны путь на Триполи оказался открытым Под прикрытием американского флота отряд Итона мог бы беспрепятственно достичь конечной цели экспедиции, однако этому помешала политика.

Одним из главных критиков Итона оказался американский консул в Алжире полковник Тобиас Лир. Он не считал Хамета достойным союзником и сомневался в возможности перехода армии через пустыню. Кроме того, в Вашингтоне имели самое общее представление о ходе кампании. Пока Итон готовил поход, Лир вступил в переговоры с Юсуфом. Поскольку в руках американцев находилась Дерна, а в Триполи начались перебои с продовольствием, паша оказался в весьма затруднительной ситуации.

В апреле Баррон и Лир получили от Юсуфа предложение заключить мир в обмен на выплату 200 тысяч долларов. Однако это предложение было категорически отвергнуто американцами. Баррон решил применить силу и вновь подвергнуть Триполи обстрелу. Но уже через несколько дней, по неизвестной причине, Баррон и Лир отказались от первоначального плана бомбардировки, отвели эскадру от побережья и вступили в переговоры с пашой. Возможно, одной из важных причин стало слабое здоровье Баррона, который стремился поскорее заключить мир с пашой и вернуться на родину.

24 мая 1805 года фрегат «Эссекс» под командованием Джеймса Баррона с Тобиасом Лиром на борту отплыл из Ла Валетты и направился к берегам Триполи. 26 мая он прибыл в Триполи, и в 10 часов утра Баррон и Лир поднялись на борт фрегата «Конституция», где сообщили Роджерсу о том, что Баррон слагает с себя обязанности командира эскадры и передаёт ему командование. Затем Баррон, Лир и Роджерс перешли на «Эссекс» и, подняв белый флаг, двинулись в гавань Триполи. Затем на борт «Эссекса» поднялись испанский консул и офицеры триполитанского паши. Переговоры начались. Однако Лир выступил против посредничества испанцев, и роль посредника занял датский консул Николас Ниссен.

Обеспокоенный успехами американского флота и действиями Итона, паша был настроен как можно быстрее заключить мир. В начале переговоров Лир известил испанского консула, что начальные требования паши выплаты 200 тысяч долларов неприемлемы. После этого паша снизил свои требования до 130 тысяч. Начался торг. Лир категорически потребовал снизить сумму до 60 тысяч долларов. После долгих пререканий паша ответил согласием, и мирный договор был составлен. 4 июня стороны подписали его. Он предусматривал установление мирных отношений, эвакуацию Итона из Дерны, обмен пленными. Соединённые Штаты обязывались не поддерживать Хамета в его претензиях на престол, в обмен паша освобождал его жену и детей, которые находились у него в заложниках, как только он покидал триполитанскую территорию.

3 июня командор Роджерс и полковник Лир прибыли на берег и поздравили моряков «Филадельфии» с освобождением После чего они были отправлены на корабли эскадры. Над американским консульством был вновь поднят американский флаг, а хирург «Филадельфии» доктор Джон Ридженли был назначен поверенным в делах. После окончания дел в Триполи эскадра взяла курс на Тунис.

11 июня 1805 года в Дерну прибыл фрегат «Консгеллейшн» с сообщением о том, что между Лиром и Юсуфом подписано мирное соглашение Итону приказали немедленно вернуться в Александрию, оставив арабских воинов на произвол судьбы.

Несмотря на возмущение Итона, война закончилась, однако не решила главной проблемы — нападений пиратов на американские торговые корабли.

Триполитанская война оказалась первой крупной военной компанией американского флота на другом континенте. Несмотря на все перипетии, победы и поражения, жертвы, принесённые на алтарь победы, не оказались напрасными. Опасность со стороны триполитанских пиратов была временно ликвидирована, однако это не означало окончания североафриканского пиратства.

В период с 1807 по 1815 год Соединённые Штаты не посылали на Средиземное море свои военные эскадры, что немедленно самым пагубным образом сказалось на отношении североафриканских государств к американским торговым судам.

В 1810 году под угрозой объявления войны американцы были вынуждены признать права Туниса на конфискованное американским консулом на Мальте судно. Ранее это было американское торговое судно, но оно было захвачено французами и продано Тунису. Плавая под тунисским флагом, это судно зашло на Мальту, где и было арестовано по запросу консула, посчитавшего, что захват французами американского судна противоречил морскому праву, а значит, тунисцы не имели права покупать его.