Thomas Alejandro Cochrane era un marino inglés que había adquirido fama con sus hazañas; Álvarez Condarco y Álvarez Jonte le propusieron en Londres que se pusiera al servicio del gobierno de Chile, y llegó a Valparaíso el 28 de noviembre de 1818; fue designado jefe de la escuadra e inició sus correrías por el Pacífico a comienzos de 1819.
La flotilla se componía del San Martín, la O'Higgins, la Lautaro, la Chacabuco, con 1.130 hombres de tripulación y 174 cañones; salió de Valparaíso a comienzos de enero con el propósito de bloquear a la escuadra enemiga en sus puertos; Álvarez Jonte embarcó también para difundir la propaganda revolucionaria en el Perú, proclamas de San Martín y O'Higgins; agentes secretos esperaban en los puertos ese material.
La escuadra española se hallaba fondeada en el Callao; las fragatas Esmeralda y Venganza, la corbeta Sebastiana, los bergantines Pezuela, Maipú y Potrillo, la goleta Montezuma, el pailebot Aranzazu, 26 lanchas cañoneras y 6 buques mercantes, armados; el fondeadero estaba protegido por la fortaleza y sus castillos artillados con 200 cañones de gran calibre que dominaban la entrada en la bahía.
Al amparo de una fuerte niebla el 28 de agosto llegó la flota de Cochrane a las proximidades de la isla San Lorenzo, en la entrada de la bahía del Callao.
En aquellas circunstancias se realizaban maniobras y el propio virrey Pezuela estuvo a punto de caer prisionero de la O'Higgins, confundiéndola con una nave española. Mientras se acercaba al puerto, Cochrane capturó una lancha cañonera enemiga. Llegadas la O'Higgins y la Lautaro a tiro de cañón de la fortaleza, abrieron fuego contra los castillos y contra las naves españolas; pero repuestos de la sorpresa, los realistas dirigieron el fuego de 500 cañones contra los atacantes y averiaron seriamente a la Lautaro —cuyo capitán fue herido de gravedad— y a la O'Higgins; al cerrar la noche, los buques patriotas se alejaron de la costa y repararon las averías; al día siguiente Cochrane reanudó la lucha, aunque el enemigo estaba ya alerta, y el ataque fue rechazado.
No obstante, su evidente superioridad, la escuadra española no se movió; Cochrane estableció una pequeña base en la isla de San Lorenzo para reanudar sus asaltos temerarios.
En 1817, Thomas Cochrane publicó un aviso en uno de los principales periódicos de Londres informando que estaba disponible para ir a servir a las nuevas naciones que se estaban independizando en América u otra, en ese mismo año fue conocido por el representante enviado por el General San Martín, José Antonio Álvarez Condarco, que convenció en mayo a Cochrane para dirigirse a Chile junto a una serie de oficiales británicos que fueron también contratados. Antes de partir a su nuevo destino, Cochrane le manifestó al representante argentino las ventajas militares para las futuras campañas navales al financiar la construcción de un barco a vapor que se ofrecía a Chile. Al aceptar la propuesta, Cochrane supervisaría la construcción del vapor que pasaría a llamarse Rising Star, pero pronto tuvo que dejar la supervisión y partir a Chile para tomar el mando de su armada. Se embarcó en la corbeta Rose al mando del capitán británico Juan Illingworth Hunt. El 17 de junio de 1818, Cochrane junto a su esposa e hijo recalaban en Valparaíso siendo recibido por el director supremo Bernardo OHiggins. Se le da el grado de vicealmirante y se le otorga de igual modo la carta de ciudadanía chilena ya que éste tenía la intención de residirse con su familia en aquel país
Volvió el 22 de marzo al Callao con dos brulotes para lanzarlos sobre las naves enemigas e incendiarlas; pero las baterías de tierra impidieron la operación y le obligaron a retroceder; lanzó el 24 del mismo mes un ataque sorpresivo y esta vez consiguió apoderarse de la goleta Montezuma, de varios buques mercantes y de algunas lanchas cañoneras. Salieron los marinos españoles a perseguir a la O'Higgins, pero la fragata patriota los recibió con certeras andanadas y, aprovechando vientos favorables, se alejó rápidamente de sus perseguidores.
El primero de abril llegó Blanco Encalada a la isla de San Lorenzo con el resto de la escuadra; fue encargado por Cochrane de mantener el bloqueo al Callao con cuatro buques y él se dirigió a los puertos del norte en busca de vituallas; atacó a las guarniciones de Huaura, Huacho y Supe y se hizo de un importante botín, al mismo tiempo que hacía conocer las proclamas de San Martín y O'Higgins a los peruanos.
Blanco Encalada, apremiado por la escasez de víveres para su tripulación, levantó el bloqueo y regresó a Chile; Cochrane dio por terminadas las operaciones por entonces y regresó a Valparaíso.
Cochrane ordenó el comienzo del asalto por tierra del Puerto de Valdivia, este era un fuerte que no estaba preparado para un ataque por el lado de tierra desde donde las fuerzas de Cochrane atacaron y de esta manera cayeron en sus manos, a pesar de la superioridad numérica realista y de posición que las fuerzas realistas gozaban. Cochrane tomó eso sí la precaución de cegar los cañones capturados, al final del segundo día, el sistema completo, considerado inexpugnable hasta esa fecha, estaba bajo control patriota.
.El 12 de setiembre de 1819 reanudó Cochrane sus correrías con: la O'Higgins, la San Martín, la Independencia, la Lautaro, el Galvarino, el Araucano y dos de los transportes apresados: la Victoria y la Jerezana. El almirante se dirigió con esa escuadra al Callao y envió al sur el Pueyrredón, con el Intrépido y el Montezuma, para interceptar un refuerzo naval procedente de Cádiz.
El 2 de octubre la escuadra patriota inició un nuevo ataque contra los realistas en el Callao; Cochrane había hecho preparar con gran fe unos cohetes incendiarios contra los cuales imaginaba que no habría resistencia posible; pero el ataque fue rechazado por el fuego enemigo. En vista de esa frustración, dividió la escuadra: envió a Pisco tres buques al mando del capitán Guise para aprovisionarse y con los otros tres se dirigió al norte en busca de la fragata española Prueba, que había seguido hacia Guayaquil; las naves restantes fueron enviadas a Valparaíso con enfermos de tercianas.
Llegó Cochrane a Guayaquil el 27 de octubre y apresó por sorpresa dos transportes del convoy que habían escapado a Blanco Encalada el año anterior, el Águila y el Begoña; Guise entretanto atacó a Pisco, derrotó a su guarnición, se apoderó del puerto y cargó víveres en abundancia.
Después de estas andanzas por las costas peruanas hasta Guayaquil, la escuadra patriota regresó a Valparaíso, y quedó solo Cochrane con la O'Higgins para intentar una hazaña audaz
El 18 de enero de 1820, con pabellón español al tope, apareció en la entrada del puerto fortificado de Valdivia y pidió piloto para entrar. De ese modo la fragata patriota se aproximó a la plaza; descubierto el engaño, se abrió fuego contra ella, obligándola a retroceder. Se dirigió entonces a Talcahuano en busca de ayuda; en el camino apresó al bergantín Potrillo, que llevaba los sueldos de las guarniciones de Valdivia y Chiloé; en Talcahuano estaban el Intrépido y el Montezuma en misión de vigilancia. Con el refuerzo de esos dos buques y de 250 hombres que le proporcionó el coronel Ramón Freire, regresó Cochrane a Valdivia.
La O'Higgins chocó con una roca y se abrió un rumbo que obligó a trasladar su tripulación a otros barcos. La entrada al puerto fue forzada y el 3 de febrero se realizó un desembarco en las proximidades de la plaza al mando de Miller; se organizó el asalto a las fortificaciones y al amanecer del día siguiente casi todas se hallaban en poder de los atacantes; pero el Intrépido fue alcanzado por las baterías de tierra en las líneas de flotación y se hundió rápidamente; sin embargo, poco después reapareció la O'Higgins, que había reparado los desperfectos sufridos, y los realistas abandonaron la resistencia, refugiándose en la población, que fue tomada al día siguiente. El botín de guerra fue de 128 piezas de sitio, 840 barriles de pólvora y municiones. La base española más equipada había pasado al dominio de los patriotas.
Todavía quedaban bases enemigas en el archipiélago de Chiloé y Cochrane se dirigió hacia él; atacó el 18 de febrero la Corona de Chiloé y tomó dos baterías, pero fue rechazado por los fuegos de la fortaleza de Ahuí y sufrió bajas sensibles, entre ellas el mayor Miller, que resultó gravemente herido.