1958年下半年，古巴革命战争进入一个新的阶段。8月底，起义军的两个纵队在卡米洛·西恩富戈斯少校和少校指挥下开出马埃斯特腊山区，穿越奥连特省和卡马圭省南部沼泽地，在古巴西部地区展开进攻。在拉斯维利亚斯省，根据已达成的政治协议加入进攻的革命军队有“3·13革命指导委员会”、人民社会党和其他反美反独裁团体的武装部队。这就使该地区的力量联合起来并加速了军事行动的进程。从巴蒂斯塔军队占领下解放了重要城镇福缅托，这具有重大的政治和军事意义，起义军进而控制了大片领土。
1958年12月29日，起义军开始攻打省会圣克拉拉。守城的政府军近3000人，装备有自动武器和大量弹药，并得到20余辆坦克、1列装甲列车和航空兵的支援。进攻该城的起义军约400人，装备自动和半自动步兵武器。尽管政府军占有优势，起义指挥部仍决定攻打圣克拉拉。为防止政府军从东部地区调兵增援，特别是机械化分队的增援，格瓦拉在进攻前夕下令炸毁法尔孔城附近的桥梁。起义军在居民的支援下，在攻打圣克拉拉的激烈战斗的第1天就获得重大战果。他们缴获了满载武器弹药的政府军装甲列车。
1959年1月1日，“列昂西奥·维达尔”兵营最后一批守军缴械投降。同一天，菲德尔·卡斯特罗和劳尔·卡斯特罗指挥的起义军占领了东部省会圣地亚哥。在这前一天，独裁者巴蒂斯塔慌忙逃往国外。地方反动势力和美国大使馆企图将革命引向歧途，扶植其代理人取代巴蒂斯塔。但是，起义军指挥部和人民社会党号召总罢工，挫败了这一阴谋。1月2日，卡米洛·西恩富戈斯和格瓦拉指挥的起义军开进首都哈瓦那，政府军投降，人民革命战争取得了胜利。
1961年4月，胜利方菲德尔·卡斯特罗向全世界宣布古巴实行社会主义革命，将古巴转变为社会主义国家，成立了古巴共产党，担任中央委员会第一书记。1976年取消总统制后任国务委员会主席（国家元首）兼部长会议主席（政府首脑）。
