El 31 de julio de ese año recibió el despacho de teniente. En 1812 se halla en Barcelona, en calidad de comandante de la artillería. Allí, el 3 de julio del citado año, junto con otros ciudadanos notables, firmó el acta de la junta de guerra que se reunió aquel día para resolver lo conducente a la seguridad de la República, a raíz de los acontecimientos en Caracas (ofensiva de Domingo de Monteverde) y la ocupación de Cúpira por un grupo de partidarios de Fernando VII. Tras la capitulación del general Francisco de Miranda regresó a Cumaná, donde el nuevo gobernador realista Emeterio Ureña le extendió pasaporte para que se trasladase a Trinidad; pero no consta que hiciera uso de dicho documento. En 1813, bajo las órdenes del general Santiago Mariño, integra el grupo de republicanos conocido como los "libertadores de oriente" y participa en las operaciones para la liberación de aquella parte de Venezuela. Como edecán del general Mariño, en 1814, asiste a la conjunción de las fuerzas de oriente con las de occidente en los valles de Aragua. Ese año, su hermano Pedro fue fusilado en La Victoria por los realistas; y víctimas de José Tomás Boves mueren en Cumaná sus hermanos Vicente y Magdalena. No menos de 14 parientes inmediatos perecerán en la Guerra de Independencia. En 1815, tras combatir bajo las órdenes del general José Francisco Bermúdez en Maturín, pasa a Margarita y escapando del general Pablo Morillo, sigue a las Antillas y Cartagena. En esta plaza, con Lino de Pombo de jefe inmediato, dirige los trabajos de fortificación para la defensa de la ciudad contra el asedio realista. En diciembre está en Haití. Cuando regresaba después a Venezuela naufraga en el golfo de Paria. En 1816, Mariño lo nombra jefe de su Estado Mayor y lo asciende a coronel. Este mismo jefe lo designa en 1817 comandante de la provincia de Cumaná. Ese año, después del Congreso de Cariaco (8 mayo) desconoce la actuación de dicho cuerpo y autoridad de Mariño y se traslada a Guayana, donde se pone bajo las órdenes de Simón Bolívar. El 17 de septiembre de ese mismo año recibió de Bolívar la designación de gobernador de la Antigua Guayana y comandante general del Bajo Orinoco; y también el encargo de organizar un batallón con el nombre Orinoco.

Empezaba su carrera de gobierno en la cual desempeñaría todos los cargos de la Administración civil hasta presidente de la República en Bolivia. El 7 de octubre del mismo año (1817) recibió el nombramiento de jefe de Estado Mayor de la división de la provincia de Cumaná, bajo las órdenes del general Bermúdez, nombrado comandante de la citada gran unidad. Estos nombramientos tenían, además la finalidad de reducir la disidencia que reinaba en Cumaná. "El general Bermúdez y Vd. van a hacer cosas grandes en Cumaná y quizás algún día serán llamados los salvadores de su país", dijo Bolívar a Sucre en aquella ocasión. En agosto de 1819 fue ascendido a general de brigada por el vicepresidente de Venezuela, Francisco Antonio Zea; grado que será ratificado por Bolívar el 16 de febrero de 1820. Viaja a las Antillas comisionado para adquirir material de guerra; misión que cumple con éxito. Ese mismo año desempeña, interinamente, la cartera de Guerra y Marina y es jefe titular del Estado Mayor General. Fue uno de los comisionados para concertar los Tratados de Trujillo (Armisticio y Regularización de la Guerra) que en noviembre de 1820 suscribieron los generales Bolívar y Pablo Morillo. Era su primera empresa diplomática, inicio de otra carrera en la cual también descuella con su brillo habitual. De este instrumento regularizador de la contienda, el cual representa un notable hito en el derecho internacional, dirá Bolívar que fue "...el más bello monumento a la piedad aplicada a la guerra"