A mediados de mayo envió Mendoza, en vista de esos desastres, una expedición al mando de ocho o diez españoles y se escondieron. Partió entonces Gonzalo de Acosta y una veintena de hombres a buscar subsistencias en las islas del Delta, pero no tardaron en regresar maltrechos y con las manos vacías. El 3 de marzo partió Gonzalo de Acosta con Gonzalo de Mendoza hacia las costas del Brasil en procura de subsistencias, y entretanto, se preparó otra expedición de unos 200 hombres a las islas del Delta, de donde regresó en el mes de mayo la mitad, pues los otros habían sido muertos; los sobrevivientes volvían heridos y desalentados.
A mediados de mayo envió Mendoza, en vista de esos desastres, una expedición al mando de Juan de Ayolas hacia la zona en donde había estado Sancti Spíritus; se componía de tres bergantines con unos 90 hombres cada uno. El 15 de junio llegó Ayolas a las inmediaciones de la laguna de Coronda y levantó allí un fuerte, al que puso el nombre de Corpus Christi, en razón de la festividad del día.
Entretanto se había producido un nuevo y gravísimo desastre en Buenos Aires. Pedro de Mendoza hizo salir a su hermano Diego, a su sobrino Pedro Benavídez y a otros de sus mejores capitanes en busca de víveres; sumaban unos 300 hombres, treinta de ellos a caballo. La expedición llegó a orillas del actual río Luján, cerca de una laguna, donde encontró en pie de guerra fuertes contingentes de indios guaraníes y querandíes. Después de un encuentro encarnizado, los indios fueron rechazados, pero en la lucha murieron Diego de Mendoza, Pedro Benavídez, Galaz de Medrano, Juan Manrique, Marmolejo y otros capitanes; en total 38 hombres. El desastre ocurrió el 15 de junio, en la misma fecha en que Ayolas fundaba el fuerte de Corpus Christi. Los sobrevivientes arrebataron a los aborígenes algunas redes y provisiones y volvieron a Buenos Aires con el relato de lo sucedido.
Encuentro de Pedro de Mendoza con los indios en Corpus Christi en un grabado de Ulrico Schmidl del siglo XV
Hay que imaginar la depresión del adelantado, en la situación física cada vez más lamentable en que se encontraba. Pocos días después la ciudad fue rodeada en asedio formal por los indios y la tenacidad del asalto acabó por desmoralizar a los conquistadores.
El asedio, obra de querandíes y guaraníes coligados, comenzó el 24 de junio y el hambre entre los sitiados culminó en escenas de antropofagia. Aunque los atacantes se alejaron algo de la población de los blancos, las bases de acción de Pedro de Mendoza quedaron desbaratadas. Se disponía a regresar a España, cuando apareció Juan de Ayolas y animó al adelantado con los relatos de las riquezas a descubrir. Envió entonces a una de sus naves a buscar provisiones a la isla de los Lobos, con tan poca fortuna que los tripulantes se rebelaron, dejando en tierra a los que querían seguir con Mendoza y siguieron rumbo a Brasil, donde vendieron la embarcación.
En esas condiciones críticas, deje. Mendoza a Francisco Ruiz Galán como gobernador interino y partió para el fuerte de Corpus Christi fundado por Ayo-las, en compañía de unos 400 hombres. La mitad de ellos murieron de hambre en el viaje por el río Paraná, y con los que le quedaban fundó un nuevo fuerte, cerca de Corpus Christi, en el mes de setiembre, para cumplir las instrucciones de la capitulación firmada.
A mediados de octubre hizo salir a Juan de Ayolas con dos bergantines, una carabela y 160 hombres rumbo al norte, siguiendo la ruta de Gaboto y Diego García; tenía la misión de hallar la Sierra de la Plata y el imperio del rey blanco, que no era otro que el de los incas, ya conquistado entonces. Una de las naves de esa expedición iba al mando de Juan de Ayolas, otra al de Carlos Guevara y la tercera al de Domingo Martínez de Irala. Pocos días después nombró Mendoza veedor a Juan de Salazar, dejó el fuerte de Corpus Christi y el de Buena Esperanza con pequeñas guarniciones y regresó a Buenos Aires.
Cuando llegó a Buenos Aires encontró a Gonzalo de Acosta que había regresado del Brasil con mantenimientos y con un grupo de españoles, portugueses y genoveses que residían en Mbiazá con sus familias indias desde los tiempos de Gaboto. Los recién llegados servían de intérpretes y eran conocedores del terreno. Uno de ellos, Hernando de Ribera, advirtió a Mendoza de los grandes peligros que corría Ayolas en su viaje y dispuso en consecuencia que Juan de Salazar saliese en su auxilio con tres bergantines y unos sesenta hombres. La expedición partió de Buenos Aires para reunirse con Ayolas el 15 de enero de 1537. Quedó Mendoza como abandonado en la ciudad y en su impotencia y entre tantos desastres resolvió volver a España. Dio instrucciones a Ruiz Galán para el mejor gobierno de Buenos Aires, le recomendó que prosiguiese la conquista de las riquezas por las cuales había venido; nombró gobernador y capitán general a Juan de Ayolas; teniente de gobernador de Buenos Aires, Corpus Christi y Buena Esperanza a Ruiz Galán; dictó instrucciones para Ayolas recomendándole que no dejase de enviarle algún oro y joyas, pues en España no tenía qué comer y le autorizó también, en caso necesario, a vender la gobernación del Rio de la Plata a Francisco Pizarro o a Diego de Almagro. El 22 de abril partió con la nave Magdalena, a la que seguía la San Antón, para volver a España; la última de las naves equivocó la ruta y fue a dar en Santo Domingo. Mendoza se sintió morir a mediados de junio, agregó unos codicilos a su testamento y terminó su aventura el 23 de junio. Su cadáver fue arrojado al mar.
La Magdalena se encontró en las islas Terceras con el piloto que había desertado de la carabela enviada por Mendoza a la isla de los Lobos y en la segunda quincena de agosto de 1537 entró, casi en ruinas, en el puerto de Sevilla, donde sus restos fueron vendidos por unos maravedíes.
Martín Orduña, apoderado de Mendoza, tenía lista una nave para el Río de la Plata con socorros; pero sus tripulantes, al ver la Magdalena y sus hombres, desertaron y nadie quiso embarcar para el Río de la Plata.