Se hizo cargo del mando en la Posta de Yatasto: del ejército derrotado quedaban apenas 1500 hombres, de los cuales 400 internados en el hospital; tampoco había casi piezas de artillería, y no tenía fondos para pagar a los soldados. Fue designado como su mayor general Eustoquio Díaz Vélez, quien lo secundó y acompañó durante toda la Segunda Campaña Auxiliadora al Alto Perú.

Los ingleses fueron expulsados por una expedición organizada por Santiago de Liniers, aunque se esperaba que éstos intentarían atacar nuevamente la ciudad. Belgrano regresó después de la reconquista y se unió a las fuerzas que organizaba Liniers. Fue nombrado sargento mayor del Regimiento de Patricios, a las órdenes de Cornelio Saavedra, y profundizó sus estudios de táctica militar. Tras tener conflictos con otros oficiales, Belgrano renunció al cargo de Sargento Mayor y se puso a las órdenes de Liniers. Durante el combate que tuvo lugar poco después, sirvió como ayudante de campo de una de las divisiones del ejército al mando del coronel Balviani. Tras la exitosa resistencia de Buenos Aires volvió a hacerse cargo del Consulado y dejó nuevamente los estudios militares.

Fue enviado junto con Rivadavia a Londres, para negociar con el gobierno inglés y con el rey de España, Fernando VII. No es seguro qué actitud debían tomar respecto de éste, si conseguir la independencia o reconocerlo como monarca constitucional. Rivadavia llevaba instrucciones secretas que Belgrano no conocía: negociar preferentemente con Londres y ofrecer la corona del Reino del Río de la Plata a un príncipe español o inglés. De paso por Río de Janeiro, se entrevistaron con lord Strangford, el embajador inglés. También estaba en esa ciudad Manuel José García, enviado por el Director Supremo Carlos María de Alvear para negociar otras opciones; entre ellas, la incorporación a Inglaterra como colonia. 

Llegados a Londres, no lograron entrevistarse con el canciller Robert Stewart, vizconde de Castlereagh. Temiendo quedar aislados, intentaron coronar al príncipe Francisco de Paula de Borbón, un hermano de Fernando VII, con la colaboración del exrey Carlos IV de España. Incluso Belgrano redactó un proyecto de constitución, casi copiada de la inglesa, con su cámara de Nobles, de Comunes, y su nobleza. 

Durante su viaje como diplomático observó la hostilidad de casi todos los gobiernos europeos de entonces hacia las repúblicas y las democracias ya que la restauración absolutista de la Santa Alianza se había impuesto en Europa. Por ello, a su regreso de la misión diplomática en Europa, a mediados de 1815 volvió a proponer, esta vez con el apoyo de San Martín, un gobierno regalista pero, a diferencia del absolutismo europeo bregó por una monarquía constitucional. Esta posición política no fue aceptada por los partidarios independentistas republicanos.