Став фактически диктатором, Помпеи провёл закон, запрещавший Цезарю добиваться консульства до роспуска им солдат, что привело к окончательному разрыву между ними. Помпеи по настоянию оптиматов начал собирать войска. Выступавшие за Цезаря и изгнанные из сената народные трибуны Курион и Антоний бежали к Цезарю, дав ему благовидный предлог начать войну якобы в защиту народных избранников. 10 января 49 г. Цезарь перешёл отделявшую Галлию от Италии реку Рубикон и занял город Аримин. Гражданская война началась.
Соотношение сил ярко охарактеризовал в своих письмах к родным и друзьям Цицерон. В Италии, по наблюдениям Цицерона, на стороне Цезаря были всадники, часть аристократии, плебс Рима и италийских городов, а главное — несравненно более сильная, чем у Помпея, армия, солдаты которой имели многочисленные связи в городах Италии. Крестьянство и средние слои горожан готовы были стать на сторону всякого, кто даст им мир и обеспечит неприкосновенность их имущества. Однако они скорее склонялись на сторону Цезаря, так как хотели уничтожения власти олигархии и богачей. Плебс и все те, кто шёл в своё время за Катилиной и Клодием, рассчитывали, что Цезарь уничтожит долговые обязательства. Солдаты ожидали богатой добычи и земельных наделов. Помпея же поддерживали только правящая сенатская знать и крупные землевладельцы Италии.
Набор в армию Помпея шёл туго; завербованные рекруты разбегались. Помпеи не был в состоянии оказать сопротивление быстро продвигавшемуся по Италии Цезарю. Тогда он направился в Эпир и Македонию, чтобы собрать силы для продолжения борьбы. Овладев Италией, Цезарь расположил к себе землевладельцев и зажиточных горожан тем, что не только не объявил проскрипций, чего опасались некоторые, но открыто осуждал террористический режим Суллы и избрал своим лозунгом «милосердие». О Помпее, напротив, говорили, что он собирается блокировать Италию набранным на Востоке флотом, а затем отдать её на разграбление войскам «варварских» царей.
Закрепившись в Италии, Цезарь начал с Помпеем войну за провинции, население которых стало более или менее активным участником в этой борьбе. Главные свои надежды Помпеи возлагал на зависимых от Рима царей и племенную знать. Восточные правители и фракийский царь прислали ему вспомогательные войска и флот. В самом начале войны Помпеи заключил также союз с нумидийским царём Юбой, даровав ему титул «друга и союзника» римского народа. Племенная знать Далмации и Иллирика, жестоко эксплуатировавшая крестьян и находившаяся в постоянной вражде с приморскими торговыми городами, активно поддержала Помпея и помпеянцев. Многочисленных сторонников Цомпей имел и среди аристократии кельтиберов, которую он сумел привлечь на свою сторону ещё во время войны с Серторием. Помпеянцев поддерживали также богатые землевладельцы крупных привилегированных городов провинций.
В провинциях на стороне Цезаря выступала активно помогавшая ему людьми и продовольствием галльская знать. Поддерживали его также торговые города Иллирика и Далмации и многочисленные, только ещё начинавшие развиваться города Испании и Африки, а также все те, кто в издавна существовавших городах были враждебны местной олигархии и принадлежали к демократическим «партиям». У Цезаря были сторонники и в восточных провинциях, которые Помпеи считал своим главным оплотом. Борьба между помпеянцами и цезарианцами в провинциальных городах, невидимому, была очень острой. Помпеянцы применяли против сторонников Цезаря жестокие репрессии — от конфискации имущества вплоть до смертной казни. Борьба эта ослабляла в военном отношении сторонников Помпея, так как нередко набранные на месте солдаты легионов и вспомогательных частей, недовольные действиями помпеянцев в их родных городах, массами переходили на сторону Цезаря.
Прежде чем последовать за Помпеем на Восток, Цезарь обеспечил свой тыл на Западе и очистил от помпеянцев Испанию, где у них было сосредоточено 7 легионов. Цезарю удалось привлечь на свою сторону те племена и города, в которых была сильна партия, враждебная местной аристократии. После победы при Илерде, которая обеспечила ему власть в Испании, Цезарь отменил наложенные помпеянцами контрибуции и возвратил земли, конфискованные ими у противников аристократической партии; жителям города Гадеса он даровал римское гражданство, а городу Тарракону, повидимому, права колонии.
Тем временем Помпеи собрал значительный флот и сильную армию из 9 легионов и вспомогательных войск, присланных ему из восточных провинций и вассальных царств. Но тыл его был непрочен. Население страдало от непосильных контрибуций. Окружавшие Помпея оптиматы воспользовались случаем, чтобы поднять ростовщические проценты. Богатые города, в том числе Пергам, отдавались на разграбление солдатам. Всё это усиливало цезарианскую партию. Когда Цезарь высадился в Эпире, греки и римские граждане многих городов Эпира, Македонии, Этолии, Фессалии послали к нему послов и впустили его гарнизоны. В первой битве при городе Диррахии Цезарь потерпел поражение, однако Помпеи не сумел им воспользоваться. Дезертирство греческих и восточных солдат из его армии быстро усиливалось. В решительной битве при фессалийском городе Фарсале (48 г.) вспомогательная конница, на которую Помпеи больше всего надеялся, бежала первой, и это бегство предопределило его поражение. После битвы при Фарсале не только большая часть войск Помпея, но и многие оптиматы, в том числе и Цицерон, перешли на сторону Цезаря, отчаявшись в дальнейшей борьбе и успокоенные тем, что Цезарь не объявлял проскрипций.
Помпеи отплыл в Египет, но был убит придворными малолетнего египетского царя Птолемея XII, которые опасались приближавшегося Цезаря. В Египте Цезарь после опасной и трудной войны со сторонниками Птолемея утвердил на престоле его сестру Клеопатру. Оттуда он отправился в Малую Азию, где без труда одержал победу над сыном Митридата Фарнаком, который, воспользовавшись гражданской войной, сделал попытку вернуть себе владения отца. Об этой победе Цезарь послал известное донесение в сенат, состоявшее из трёх слов: «Пришёл, увидел, победил». В азиатских провинциях Цезарь снизил на одну треть налоги и оставил В вассальных царствах своих ставленников.
Последним оплотом помпеянцев оставалась Африка, где они вступили в союз с нумидийским царём Юбой и пользовались поддержкой крупных землевладельцев и наиболее богатых горожан. Однако и здесь их положение было непрочно. Согнанные в их армию крестьяне разбегались. Когда Цезарь, покончив дела в Малой Азии, прибыл в Африку, многие города стали переходить на его сторону, а вошедшие с ним в сношения гетулы восстали против Юбы, зависимостью от которого они тяготились. Помпеянские солдаты дезертировали, и военачальникам приходилось мобилизовать рабов. В битве при городе Тапсе (46 г.) помпеянцы были окончательно разбиты; Юба покончил с собой, Нумидия была превращена в римскую провинцию. На представителей городских верхов, поддерживавших помпеянцев, Цезарь наложил крупную контрибуцию.
Длившаяся четыре года гражданская война была завершена подавлением восстания, поднятого в Испании сыновьями Помпея — Гнеем и Секстом и поддержанного частью местного населения, страдавшего от управления Кассия Лонгина, легата Цезаря, не менее, чем от прежних наместников. Помпеянцы были разбиты Цезарем при Мунде (45 г.). Гней Помпеи погиб, а Секст временно прекратил борьбу, исподволь собирая недовольных и принимая в свои отряды беглых рабов.
После битвы при Мунде Цезарь стал единоличным правителем государства. Он получил бессрочную диктатуру, пожизненную трибунскую власть и «префектуру нравов», т. е. цензорскую власть. Цезарь в большей море, чем кто-либо из его предшественников, нарушил римские республиканские традиции, сосредоточив в своих руках важнейшие магистратуры, делавшие его власть неограниченной. Кроме того, он получил ещё ряд почётных привилегий и титулов, между прочим,— право прибавить звание «император» к имени собственному, что подчёркивало его пожизненную связь с войском, звание «отца отечества», что должно было сделать его личность священной в глазах граждан, право носить постоянно одежду триумфатора, уподоблявшую его Юпитеру, что так же, как и его звание великого понтифика, придавало его власти религиозную окраску.
В политике Цезаря трудно проследить чёткую, последовательно проводимую политическую линию. «Цезарь не знает, куда он нас ведёт,— писал Цицерон,— мы рабы Цезаря, а Цезарь — раб обстоятельств». Но эти «обстоятельства» благоприятствовали осуществлению Цезарем главной его цели — превращению Рима в монархию. По свидетельству Светония, Цезарь утверждал: «Республика — не что иное, как пустое слово без содержания и блеска. Сулла был младенцем в политике, коль скоро он добровольно сложил с себя диктатуру».
Весь предшествующий опыт борьбы за установление военной диктатуры подсказывал Цезарю определённый путь действий: концентрация власти, опирающейся на военную силу, более рациональное использование богатств провинций, создание противовеса сенатской олигархии в виде широкого блока рабовладельцев различных частей Римской державы.
Действуя в этом направлении, Цезарь установил сбор прямых налогов непосредственно государством, сохранив откупа только на косвенные налоги. Он издал новый жёсткий закон против злоупотреблений наместников и их помощников. Впервые была осуществлена проектировавшаяся ещё Гаем Гракхом широкая колонизация провинций: 80 тыс. ветеранов, отпущенников и беднейших граждан были расселены в провинциальных колониях, ставших надёжным оплотом римской власти. Верхи провинциалов Цезарь привлекал щедрой раздачей римского и латинского гражданства, которым он наделял как отдельных своих сторонников, так и жителей Сицилии, Испании, Нарбонской Галлии. В провинциальных и италийских колониях и муниципиях он старался обеспечить господствующее положение местным рабовладельцам и своим солдатам, получавшим различные привилегии. Эти лица входили в городские советы, пользовавшиеся некоторой независимостью от наместников в управлении хозяйственной жизнью города. Некоторые города Азии и Греции получили автономию.
Укрепляя свою власть, Цезарь пополнил сенат своими сторонниками из военных командиров и уроженцев италийских городов и даже провинций, доведя число сенаторов до 900. Увеличил он и количество магистратур, которые отдавал своим ставленникам. Так как реальной силой, на которую опирался Цезарь, оставалось войско, то он не только щедро награждал солдат деньгами по случаю пышно справлявшихся триумфов, но и систематически проводил наделение их землёй. Это было для него тем более необходимо, что ещё во время гражданской войны начиналось переходившее в открытые бунты брожение среди солдат, требовавших увольнения из армии и земли.
Однако политика Цезаря по созданию сильной военной монархии не была последовательна. Он лишил сенат реальной политической власти, но, отказавшись от проскрипций, не подорвал экономической мощи сената, состоявшего главным образом из крупнейших землевладельцев. Почти все видные помпеянцы были им прощены, и многие из них получили высокие назначения. Формально признав его власть и раболепствуя перед всесильным диктатором, они не примирились, однако, с ограничением своей роли в политике и с монархическими устремлениями Цезаря. Подготовлявшийся Цезарем поход против парфян, который в случае удачи должен был ещё более усилить его власть, заставлял эти круги опасаться, что рано или поздно Цезарь добьётся провозглашения себя царём.
Вместе с тем начался раскол и среди цезарианцев. Цезарь, много лет выступавший в качестве вождя популяров и с их помощью проложивший себе путь к власти, начал ущемлять интересы плебса. Надежды плебеев на сложение всех долгов не оправдались. Цезарь провёл лишь ряд частичных мер, в результате которых долги уменьшились на 1/4. В Риме дважды (в 48 и 47 гг.) вспыхивали восстания плебса, жестоко подавлявшиеся Антонием, которому Цезарь поручил управление Италией. По возвращении в Италию Цезарь распустил восстановленные при Клодии коллегии плебса. Он снизил до 120 тыс. человек число граждан, получавших даровой хлеб. Наделение солдат землёй шло медленнее, чем они того желали. Наконец, милости, которыми Цезарь осыпал прощённых оптиматов, не нравились всем тем, кто думал, что он раз и навсегда покончит с сенатской олигархией. Так, стараясь объединить различные сословия, группировки и партии, но не удовлетворив те слои, которые обеспечили ему победу, Цезарь оказался лишённым социальной опоры. Против него составился заговор, в котором приняли участие как представители старой знати, так и некоторые цезарианцы. Заговор возглавляли перешедшие во время войны на сторону Цезаря оптиматы Кассий и Брут. 15 марта 44 г. Цезарь на заседании сената был убит заговорщиками.