A mediados de 1880 la guerra tuvo una pausa y comenzaron la primeras negociaciones de paz, denominadas Conferencias de Arica, donde quedaron claras las profundas diferencias entre los países beligerantes. Chile exigió la cesión a perpetuidad de los territorios de Antofagasta y Tarapacá, además de una indemnización de guerra, mientras que Perú y Bolivia solicitaron el total arbitraje de Estados Unidos.

A partir de este fracaso, el gobierno chileno adoptó la política de negociar bilateralmente con cada país involucrado, tanto los acuerdos de paz como las compensaciones correspondientes. La estrategia fue iniciar nuevas operaciones militares en territorio peruano para obligar a su gobierno a firmar un acuerdo conforme las exigencias chilenas. Al mismo tiempo, se buscó que Bolivia rompiese su alianza con Perú, para lo que se ofreció una salida marítima. Esta estrategia es conocida como la "política boliviana" del Presidente Domingo Santa María.

La ofensiva chilena en contra del Perú llevó a la toma militar de su capital en enero de 1881. Fueron necesarios tres años y medio de ocupación para vencer su resistencia y lograr la firma del Tratado de Ancón, en octubre de 1883. Mediante éste Perú cedió a perpetuidad la provincia de Tarapacá a nuestro país, quedando pendiente la situación de Tacna y Arica, ocupadas entonces por tropas chilenas. Esto se resolvería mediante un plebiscito al cabo de diez años, en el cual se decidiría a qué dominio y soberanía pasaría definitivamente cada localidad.

Resuelto este asunto, el gobierno chileno procedió a establecer negociaciones con Bolivia, las que tuvieron como resultado el Pacto de Tregua de 1884. En él, Bolivia aceptó la administración chilena del litoral de la provincia de Antofagasta, la devolución de los bienes incautados a los ciudadanos chilenos y el ingreso, libre de impuestos, de productos entre ambos países. Tras este acuerdo, el gobierno chileno continuó el proceso diplomático que buscaba un tratado de paz definitivo con Bolivia a cambio de una salida soberana al océano Pacífico, idealmente por Tacna o Arica, si quedaban en poder de Chile. Estas negociaciones tuvieron su clímax en 1895, cuando estuvo listo un tratado en que Bolivia entregaba a perpetuidad a Chile la provincia de Antofagasta y Chile, en compensación, Tacna y Arica a Bolivia. Este intento fracasó por la incertidumbre del resultado del plebiscito que decidiría la suerte de ambas ciudades.

Finalmente, el gobierno chileno abandonó estas tratativas y presionó a Bolivia por un arreglo definitivo que se materializó con el Tratado de Paz, Amistad y Comercio del 20 de octubre de 1904. En él se acordó el dominio perpetuo de Chile de la provincia de Antofagasta y su obligación de construir -a cambio- un ferrocarril de Arica a La Paz, conceder a Bolivia créditos para la construcción de líneas férreas, otorgar derecho de libre tránsito a los puertos chilenos en el Pacífico y, finalmente, entregarle 300 mil libras esterlinas.

A comienzos del siglo XX, sólo quedaba pendiente para Chile el plebiscito sobre Tacna y Arica, pero éste nunca se materializó por falta de acuerdo entre las partes. De esta manera, el 3 de junio de 1929 los gobiernos de Chile y Perú firmaron el Tratado mediante el cual Tacna retornaba al Perú y Arica quedaba en territorio chileno. También se suscribió el Protocolo Complementario que impide a Chile ceder parcial o totalmente el territorio de Arica a otro país, sin previo acuerdo con Perú. Se acordó fijar la frontera entre ambos países a través de una comisión mixta de peritos, cuyo producto fue la Línea de la Concordia.