Из-за сложного положения на завоеванных землях соратники Цезаря начали предлагать ему отступить в Нарбонскую Галлию, но полководец не дал согласия. Он приказал Титу Лабиену следовать в Агединк (современный Санс), где обе армии должны были объединиться. По пути в этот город Тит Лабиен сумел нанести поражение восставшим и немного успокоить Северную Галлию.

А тем временем практически лишенный возможности набрать вспомогательные войска и кавалерию в Галлии, Цезарь обратился за помощью к германцам, и вскоре они прислали ему подкрепления.

Своим опорным пунктом Верцингеторикс решил сделать Алезию (вблизи современного Дижона). Затем вождь галлов высказался в поддержку распространения восстания на Нарбонскую Галлию и начал посылать туда свои отряды.

Получив известия об угрозе для провинции, Цезарь направился на юг. В походе его армия сильно растянулась, чем воспользовался Верцингеторикс, выслав три сильных отряда кавалерии против римлян. Однако Цезарь быстро разделил свою кавалерию на три отряда и разбил нападавших по частям. Вскоре римляне узнали, что их противник отступил в Алезию, и Цезарь тут же изменил свои планы.

Алезия располагалась на крутом холме посреди долины и была хорошо укреплена. Верцингеторикс, вероятно, надеялся повторить сценарий, сработавший у Герговии, однако римляне приступили к планомерной осаде вместо попытки штурма. Для этого Цезарю пришлось рассредоточить свои войска вдоль возводимых осадных стен общей длиной примерно в 17–20 км. Осада была уникальной еще и из-за численного превосходства осажденных над осаждающими: в Алезии, по свидетельству Цезаря, укрывалось 80 000 солдат. Более вероятна, впрочем, оценка численности осажденных в 50 000 – 60 000, хотя, например, историк Ганс Дельбрюк оценивал численность гарнизона Алезии всего в 20000 человек.[7]

Римляне же располагали, по разным оценкам, десятью ослабленными войной легионами в 40 000 солдат или одиннадцатью легионами в 70 000 солдат, включая вспомогательные войска.[8]

Галльский полководец попытался снять осаду, напав на возводивших укрепления римлян, но атака была отбита. Часть кавалерии восставших сумела прорваться через ряды римских солдат и по заданию Верцингеторикса разнесла весть об осаде по всей Галлии, призывая племена собрать ополчение из всех способных нести оружие и идти к Алезии. Цезарю доложили о планах галлов, и он приказал построить вторую линию укреплений, которая бы защитила римлян от нападения извне.

Когда запасы продовольствия закончились, Верцингеторикс приказал вывести из города множество женщин, детей и стариков, хотя галл Критогнат якобы предлагал съесть их. Большинство из тех, кого вынудили покинуть Алезию, принадлежало к племени мандубиев, которые и предоставили свой город Верцингеториксу. Цезарь же приказал не открывать им ворота.

В конце сентября к Алезии приблизилось огромное галльское ополчение, которое возглавляли Коммий, Виридомар, Эпоредориг и Веркассивеллаун. Его численность, по явно завышенной оценке Цезаря, составляла более 250 000 человек. По оценке же Ганса Дельбрюка, численность войск галлов составляла 50 000 человек.[9]

В следующие два дня попытки прорыва укреплений заканчивались в пользу римлян, а на третий день 60-тысячный (по свидетельству Цезаря) отряд галлов напал на римские укрепления на северо-западе, где они были самыми слабыми из-за пересеченной местности. Возглавил этот отряд Веркассивелаун, двоюродный брат Верцингеторикса. Остальные войска совершали отвлекающие атаки, мешая Цезарю стянуть все силы для отражения главного удара. Исход битвы у северо-западных укреплений решили направленные и возглавленные Цезарем резервы, стянутые Титом Лабиеном на фланг 40 когорт, а также обошедшая противника с тыла кавалерия. Галлы были разбиты и бежали.