Belgrano decidió establecer su cuartel general en Campo Santo y fortificar el lugar de la concentración. Allí comenzó la tarea de la organización y moralización de las fuerzas; el parque de artillería fue dejado en Tucumán para evacuar más fácilmente el norte en caso de derrota. No recibió en los primeros tiempos ningún auxilio de Buenos Aires; el gobierno tenía concentrada toda la atención en la Banda Oriental.
Ante este cuadro, la primera tarea del prócer fue la reorganización del ejército.
Empezó por organizar una compañía de guías, con lo que se armó de una verdadera carta topográfica del lugar. Enseguida creó un cuerpo de cazadores de infantería, el primero que se haya formado en el Río de la Plata, dando por razón "que a su entender era la única tropa para aquellos países, todos de emboscada".
Para suplir la falta de armamento, dotó a sus hombres con lanzas, dándole así una incontestable ventaja sobre la del enemigo. "Con esta idea, decía, he dado a los dragones, que no tienen armas de fuego, lanza, y mi escolta es de las que llevan esta arma, para quitarles la aprensión que tienen contra ella y se aficionen a su uso viendo en mí esta predilección." En cuanto a la administración, se reorganizó el parque y la maestranza, mejoró el hospital, creó las oficinas de provisión, reglamentó su contabilidad, organizó un tribunal militar y la planta de un cuerpo de ingenieros, ramos mal atendidos o totalmente descuidados hasta entonces.
Belgrano dominó con mano firme las resistencias de los enemigos encubiertos de la causa, entre los cuales se contaban casi todos los curas acaudillados por el obispo de Salta, en comunicación con el enemigo. Habiendo sorprendido su correspondencia con Goyeneche, dio un golpe de autoridad, expulsando al obispo de la capital y desde entonces todos comprendieron que no había inmunidades para los enemigos de la libertad.
En mayo pudo enviar a Juan Ramón Balcarce con la mitad de las tropas hacia la quebrada de Humahuaca a fin de construir en ella algunas fortificaciones y mantener a los soldados ocupados, y él se trasladó a Jujuy con el resto de su ejército para estar más cerca de la quebrada, con vistas a un avance hacia Suipacha cuando recibiese los refuerzos que pedía.
Consideró prudente despejar la región de enemigos francos o simulados, a pesar de las quejas que llegaron a Buenos Aires contra su proceder; el 25 de mayo hizo celebrar en Jujuy la conmemoración de la revolución y en esa ocasión enarboló la bandera azul y blanca bendecida por Juan Ignacio Gorriti, como se ha dicho.
Holmberg le ayudó a la disciplina de la infantería y al adiestramiento de tropas y oficiales, además de preparar granadas y fundir morteros, obuses y culebrinas; en Salta hizo fabricar cartucheras, cerraduras, espuelas, calzados para la tropa, tiendas de campaña. Sus efectivos a fines de mayo, sin embargo, se habían reducido a 1.225 hombres y tuvo que recurrir al reclutamiento forzoso, una especie de conscripción obligatoria, en vista de que no se le presentaban voluntarios.
A fines de junio llegaron a su campamento las primeras noticias de la derrota de la sublevación de Cochabamba y los primeros fugitivos.
El barón Eduardo de Holmberg se sumó al Ejército del Norte, con el grado de teniente coronel el 20 de marzo de 1812 tenia como función el comando de la artillería del general Manuel Belgrano. Trabó excelente relación con el patriota y participó en dos sucesivas victorias contra los realistas, asistiendo al mayor general Eustoquio Díaz Vélez en la Batalla de Las Piedras (1812) —el 3 de septiembre— y luego al propio Belgrano en la de batalla de Tucumán —el día 24 de ese mismo mes— pero las enemistades con otros oficiales hicieron que abandonara el Ejército del Norte después de esta última contienda.
Reclamó con apremio a Buenos Aires auxilios para no tener que retroceder; pero el gobierno seguía con la vista fija en Montevideo y negociaba en aquellos momentos con Juan Rademaker el retiro de los portugueses de la Banda Oriental y éstos no cumplían al compromiso firmado a la espera del avance de Goyeneche, por un lado, y de la sublevación de los españoles encabezados por Martín de Alzaga.
Sin embargo, en julio Francisco de Gurruchaga le llevó 400 fusiles de la partida que había llegado a Ensenada. El enemigo comenzó su avance y sus exploradores llegaban a La Quiaca. Sin fuerzas con qué contenerlo, sin apoyo de Buenos Aires, Belgrano decidió emprender la retirada, pues había sabido que emisarios de la región habían llegado al campamento de Tristán invitándole a iniciar las operaciones.