Im Bürgerkrieg 52 vor Chr. wurde Pompeius entgegen der üblichen Gepflogenheit zum alleinigen Konsul (sine collega, lateinisch: ohne Amtskollegen) mit aussergewöhnlichen Vollmachten gewählt. Dies war durch die Ausnahmesituation notwendig geworden, in die der römische Staat durch die Unruhen des Clodius geraten war. Clodius beherrschte mit bewaffneten Banden, die er als Volkstribun gegründet hatte die Stadt Rom. Zu seiner Zeit herrschte ein anarchistisches und terroristisches Klima in Rom.

Während Caesar durch den Krieg in Gallien festgehalten wurde hatten seine politischen Gegner bereits im vorausgehenden Jahr offen versucht, ihn von dort abberufen zu lassen und in Rom vor Gericht zu stellen. Pompeius versuchte die günstigen Umstände auszunutzen, um seinen Rivalen auszuschalten und sich die Alleinherrschaft zu sichern, und näherte sich zu diesem Zweck politisch der Senatspartei an. Schließlich beschloss der Senat die Absetzung Caesars, nachdem man ihn vergebens aufgefordert hatte, sein Heer zu entlassen. Daneben stattete er Pompeius mit unbeschränkten Vollmachten aus, um den Kampf gegen Caesar aufzunehmen.

Der Bürgerkrieg begann, als Caesar Anfang des Jahres 49 vor Chr. - der Überlieferung zufolge mit den Worten: "Alea iacta est" ("Der Würfel ist geworfen") - den Rubikon überschritt, einen kleinen Grenzfluss, der seine Provinz Gallia Cisalpina von Italien trennte. Innerhalb von drei Monaten hatte er die Kontrolle über ganz Italien erlangt, gewann danach die beiden spanischen Provinzen, den eigentlichen Rückhalt des Pompeius, und schließlich nach halbjähriger Belagerung die Hafenstadt Massilia (Marseille). Inzwischen war Caesar in Rom zum Diktator ernannt worden, übte das Amt jedoch nur wenige Tage aus und wurde für das Jahr 48 vor Chr. zum Konsul gewählt. Anfang dieses Jahres verfolgte er Pompeius nach Griechenland und besiegte ihn endgültig in der Schlacht bei Pharsalos. Pompeius selbst entkam nach Ägypten, wo er jedoch ermordet wurde, noch bevor Caesar ihn dort eingeholt hatte.

Caesar besetzte Alexandria und entschied den ägyptischen Thronstreit zugunsten Kleopatras, der Tochter des verstorbenen Königs Ptolemaios XI., die ihm später einen Sohn (Caesarion) schenkte. 47 vor Chr. unterwarf er Kleinasien und kehrte als Diktator nach Rom zurück. Seinen entscheidenden Sieg über die Anhänger des Pompeius, die seit 48 vor Chr. ihre Streitkräfte in der Provinz Afrika zusammengezogen hatten, errang er 46 vor Chr. in der Schlacht bei Thapsus. Danach kehrte er nach Rom zurück, wo er mehrere Triumphzüge feierte und weitere Ehrungen erhielt. Nachdem er im Jahr 45 vor Chr. die Söhne des Pompeius bei Munda in Spanien besiegt hatte war er unumschränkter Alleinherrscher.