L’any 1541, per tal de venjar la mort del seu pare, i amb motiu d’una estada de Francisco Pizarro a Lima, preparà un complot contra el conqueridor del Perú, que fou assassinat. Aclamat com a governador, exercí el càrrec gairebé dos anys (1541-42); l’arribada, però, del visitador Vaca de Castro, que es nomenà ell mateix governador i es coalitzà amb els pizarristes, determinà la derrota dels “xilens” a la batalla de Chupas. Diego de Almagro fou condemnat a mort i executat.