En 1558 llega al Perú, donde el Virrey, marqués de Cañete, ambicionando el oro de la legendaria tierra de El Dorado, le escoge entre muchos, para capitanear la expedición hacia esas fabulosas tierras de las que Ursúa tenía antiguo conocimiento por el relato de la fracasada expedición hecha en 1541 por Felipe de Huten. Hacía años que El Dorado se había convertido en su idea fija, máxime tras el descubrimiento de los yacimientos de oro y diamantes de Minas Geraes en Brasil. Recibió el título de gobernador, capitán general y juez de todas las extensiones que descubriera entre los Andes y el Atlántico. Con un presupuesto de 200.000 pesos, de los que sólo obtuvo 15.000, tuvo que hacer frente a la construcción de naves, la contratación de pilotos, capitanes y soldados, el abastecimiento de alimentación, caballeros, etc., en un clima enrarecido por los soldados que habían participado en las revueltas de Gonzalo Pizarro y Carvajal, en tiempos del presidente Pedro La Gasca "El Pacificador".
Uno de los objetivos de la expedición, y no el menor, era el arrastrar a los restos de la revuelta que amenazaban la estabilidad y asentamiento definitivo del virreinato (y el del inmenso Río de la Plata), cosa que Cañete juzgó podría llevar a buen puerto el flamante capitán. Ursúa contaba con los soldados y compañeros de sus anteriores campañas, con parientes como su primo Martín Díez de Armendáriz y con su secretario, el pamplonés Lorenzo de Zalduendo. La inmensa tarea tropezaba con otro obstáculo de primera magnitud, la envidia que entre algunos suscitaban los amores de Ursúa y la bella Inés de Atienza que conoció en Trujillo en 1559 y que participaba, asimismo, en la expedición (era hija de Blas de Atienza, uno de los primeros conquistadores del Perú y viuda del capitán Francisco de Mendoza). Ver Peru.