但是，恺撒深知，他要超过另外两头，就必须掌握强大的军队和拥有雄厚的资财， 这是斗争中的最大资本。于是他看中高卢总督这一肥缺，决定执政官任满后前去高卢。他要以高卢行省为基地，开疆拓土，招兵买马，增加实力与威信，为夺取更大权力准备条件。公元前58年，通过三头协议，恺撒出任高卢总督，任期5年（前58-前54年），公元前56年再续协议继任高卢总督5年。恺撒出任高卢总督，标志着高卢战争的开始。 高卢战争包括8次军事远征。恺撒上任伊始即大举扩张。
第一次远征发生在公元前58年，在比布拉克特交战中，恺撒的4个军团击败了企图从现在的瑞士地区向西南迁徙的人数最多的高卢部落之一--海尔维第人。同年，恺撒进行第二次远征，击败了由斯韦夫人的首领阿里奥维斯特指挥的各日耳曼部落联军，将其赶过雷努斯河（莱茵河）。公元前57年，恺撒发动第三次远征，征服了比尔及人和其他东北部的高卢部落。此后，恺撒向元老院报告，他已征服了整个高卢。
罗马人的掠夺和暴行激起了高卢部落多次起义。为镇压这些起义，恺撒又对高卢进行了5次远征。公元前56年，为镇压韦内蒂人和阿奎达尼人的起义，恺撒进行了第四次远征，击败起义军并对起义者进行了残酷迫害。次年，恺撒又第五次远征高卢，袭击了韦内蒂人的同盟军--日耳曼部落的乌西佩特人和滕克特里人，并渡过莱茵河将他们歼灭。为瓦解高卢人的同盟军，恺撒于公元前55年秋天率领两个军团在不列颠群岛登陆，遭到当地人的顽强抵抗。经过几次交战，恺撒同不列颠人签订和约，率军返回高卢。公元前54年，他又率领5个军团和2000名骑兵（共计2万-2.5万人）发起了第六次远征。罗马大军渡过拉芒什海峡，试图再次占领不列颠群岛。恺撒军队在战斗中多次获胜，但由于在当地部落中没能找到同盟军，因此未能牢固控制不列颠群岛。第七次远征发生在公元前54-前53年间，目的是镇压埃布龙人、阿杜阿蒂基人、内尔维人、特雷维里人和其他部族的起义。最后一次远征发生在公元前52年，目的是镇压由杰出的军事首领、阿尔韦尼人部落酋长韦桑热托里克斯领导的几乎所有高卢部落参加的起义。起义军在格尔戈维（今克莱蒙费朗附近）击败了罗马人。但由于恺撒的挑拨离间和各部落之间的纷争，韦桑热托里克斯的主力被罗马军包围在阿莱夏要塞。恺撒军队击溃了韦桑热托里克斯的援军，迫使守军投降。紧接着，恺撒率军于公元前51年逐个镇压了高卢部落的多次起义。
恺撒远征高卢的历次战争的一个特点是对战败者进行残忍的大屠杀和贪婪的掠夺。恺撒对高卢的战争之所以能够取胜，最主要的原因有两点。第一，罗马军队在人员和技术装备上占有优势。罗马当时是发达的奴隶制国家，经济水平较高，军队多年征战，素质好、经验丰富。而高卢各部族当时处于原始社会末期，没有形成国家，以游牧为主，经济十分落后，军队素质和装备都比较落后。因此，罗马军队在其扩张过程中通常都能打败社会发展阶段比较初级的各部落和地区。第二，恺撒本人智勇双全，有一条正确的战略战术和谋略计策。军事上，他善于周密侦察敌情和地形，不囿于单一的战法，采用灵活多样的作战方式，行动果断，目的坚决，善于利用有利地形和迅速构筑工事，长于快速机动兵力、实施突然打击，一旦击溃敌人则定要跟踪追击，务求全歼敌人而取胜。因此，这是一种以积极进取、果敢行动、歼敌有生力量为特征的攻势歼灭战略。与此同时，为了孤立、分化敌人，恺撒注重采取外交手段，运用谋略和计策分化瓦解数量上占有优势但意志不统一的众多部落。
高卢战争使整个高卢地区臣服于恺撒，恺撒也利用战争之机掠夺了巨额财富，并造就出一支有10个军团的强大军队。这一切都大大加强和壮大了恺撒的实力和权威，为他在罗马内战中战胜对手、建立个人独裁政治奠定了基础。因此可以说，高卢战争是恺撒一生的转折点，其结果是加速了罗马共和国的解体和走向帝制的步伐。