Por esse tempo, grandes perturbações surgiram em Roma, por causa do encarecimento da vida provocado pela ausência do pontífice em Avignon. O governador alemão, Enrico, era muito censurado pelo que acontecia, pois assassinatos e tumultos se seguiam todos os dias, sem que ele conseguisse pôr fim a eles. Isso causava a Enrico grande ansiedade, por medo de que os romanos chamassem Roberto, rei de Nápoles, que expulsaria os alemães da cidade e traria o papa de volta. Não tendo amigo mais próximo a quem pudesse pedir ajuda que Castruccio, enviou-lhe mensagem, rogando-lhe que não apenas lhe desse auxílio, como viesse pessoalmente a Roma. Castruccio considerou que não devia hesitar em prestar esse serviço ao imperador, pois acreditava que ele próprio não estaria seguro se algum dia o imperador deixasse de conservar Roma. Deixando Pagolo Guinigi no comando em Lucca, Castruccio partiu para Roma com seiscentos cavaleiros, onde foi recebido por Enrico com a maior distinção. Em pouco tempo, a presença de Castruccio obteve tanto respeito para o imperador que, sem derramamento de sangue nem violência, a boa ordem foi restaurada, sobretudo porque Castruccio enviara pelo mar, das terras ao redor de Pisa, grandes quantidades de trigo, removendo a origem do tumulto. Depois de castigar alguns chefes romanos e advertir outros, obteve-se obediência voluntária a Enrico. Castruccio recebeu muitas honras e foi feito senador romano. Assumiu essa dignidade com enorme pompa, vestido com uma toga bordada que trazia na frente estas palavras: “Sou o que Deus quer.” Nas costas, lia-se: “O que Deus deseja será.”

Durante esse tempo, os florentinos, muito irritados porque Castruccio tomara Pistoia durante a trégua, pensaram em como poderiam levar a cidade à rebelião, o que julgavam fácil em sua ausência. Entre os pistoienses exilados em Florença estavam Baldo Cecchi e Jacopo Baldini, ambos homens de posição e prontos para enfrentar perigo. Esses homens mantinham comunicação com seus amigos em Pistoia e, com a ajuda dos florentinos, entraram na cidade à noite. Depois de expulsar alguns funcionários e partidários de Castruccio e matar outros, devolveram à cidade sua liberdade. A notícia irritou muito Castruccio, que se despediu de Enrico e avançou às pressas para Pistoia. Quando os florentinos souberam de seu retorno, sabendo que ele não perderia tempo, decidiram interceptá-lo com suas forças no Val di Nievole, acreditando que desse modo cortariam sua estrada para Pistoia. Reunindo um grande exército de partidários da causa guelfa, os florentinos entraram no território pistoiense. De outro lado, Castruccio chegou a Montecarlo com seu exército e, tendo sabido onde estavam os florentinos, decidiu não enfrentá-los nas planícies de Pistoia nem esperá-los nas planícies de Pescia, e sim atacá-los com audácia no passo de Serravalle, tanto quanto lhe fosse possível. Acreditava que, se tivesse êxito nesse plano, a vitória estaria assegurada, embora lhe informassem que os florentinos tinham trinta mil homens, enquanto ele tinha apenas doze mil. Embora confiasse plenamente em suas próprias capacidades e no valor de suas tropas, hesitava em atacar o inimigo em campo aberto, para não ser esmagado pelo número. Serravalle é um castelo entre Pescia e Pistoia, situado numa colina que bloqueia o Val di Nievole, não exatamente no passo, e sim cerca de um tiro de arco além dele. O passo em si é estreito e íngreme em alguns pontos, enquanto em geral sobe com suavidade, embora continue estreito, sobretudo no alto, onde as águas se dividem, de modo que vinte homens lado a lado poderiam defendê-lo. O senhor de Serravalle era Manfred, um alemão que, antes de Castruccio tornar-se senhor de Pistoia, fora autorizado a conservar a posse do castelo, comum aos luqueses e aos pistoienses e não reivindicado por nenhum deles. Nenhum dos dois desejava desalojar Manfred enquanto ele mantivesse sua promessa de neutralidade e não assumisse obrigação com ninguém. Por essas razões, e também porque o castelo era bem fortificado, ele sempre conseguira manter sua posição. Foi ali que Castruccio decidiu cair sobre o inimigo, pois ali seus poucos homens teriam vantagem, e não havia medo de que, vendo as grandes massas da força adversária antes do combate, deixassem de resistir. Logo que surgiu esse problema com Florença, Castruccio viu a imensa vantagem que a posse do castelo lhe daria e, tendo íntima amizade com um morador do lugar, conduziu as coisas de modo que quatrocentos de seus homens seriam admitidos no castelo na noite anterior ao ataque contra os florentinos, e o castelão seria morto.

Castruccio, tendo preparado tudo, precisava agora encorajar os florentinos a persistirem no desejo de levar a sede da guerra para longe de Pistoia, rumo ao Val di Nievole. Por isso não moveu seu exército de Montecarlo. Os florentinos, então, apressaram-se até chegar ao acampamento sob Serravalle, pretendendo cruzar a colina na manhã seguinte. Enquanto isso, Castruccio tomara o castelo durante a noite, movera também seu exército de Montecarlo e, marchando dali à meia-noite em absoluto silêncio, chegara ao pé de Serravalle. Desse modo, ele e os florentinos começaram a subir a colina ao mesmo tempo, pela manhã. Castruccio enviou sua infantaria pela estrada principal e uma tropa de quatrocentos cavaleiros por uma trilha à esquerda, em direção ao castelo. Os florentinos enviaram quatrocentos cavaleiros à frente de seu exército, que vinha atrás, sem esperar encontrar Castruccio de posse da colina e sem saber que ele tomara o castelo. Aconteceu então que os cavaleiros florentinos, subindo a colina, foram inteiramente surpreendidos ao descobrir a infantaria de Castruccio, e estavam tão perto dela que mal tiveram tempo de baixar as viseiras. Eram soldados despreparados atacados por soldados prontos, e foram assaltados com tanto vigor que dificilmente conseguiram sustentar-se, embora alguns poucos passassem adiante. Quando o ruído do combate chegou ao acampamento florentino abaixo, este se encheu de confusão. Cavalaria e infantaria se misturaram de modo impossível de ordenar. Os capitães não conseguiam fazer seus homens avançar nem recuar, por causa da estreiteza do passo, e em meio a todo aquele tumulto ninguém sabia o que devia fazer nem o que podia fazer. Em pouco tempo, a cavalaria que combatia a infantaria inimiga foi dispersa ou morta sem conseguir defesa eficaz, por causa de sua posição infeliz, embora, por puro desespero, tivesse resistido com força. A retirada era impossível, com montanhas nos dois flancos, inimigos à frente e amigos atrás. Quando Castruccio viu que seus homens não conseguiam dar golpe decisivo no inimigo e pô-lo em fuga, enviou mil infantes pelo caminho do castelo, com ordens de juntar-se aos quatrocentos cavaleiros que mandara antes para lá, e ordenou que toda a força caísse sobre o flanco do inimigo. Cumpriram essas ordens com tanta fúria que os florentinos não puderam sustentar o ataque. Cederam e logo estavam em plena retirada, vencidos mais por sua posição desastrosa que pelo valor do inimigo. Os que estavam na retaguarda voltaram-se para Pistoia e espalharam-se pelas planícies, cada homem buscando apenas sua própria salvação. A derrota foi completa e muito sangrenta. Muitos capitães foram feitos prisioneiros, entre eles Bandini dei Rossi, Francesco Brunelleschi e Giovanni della Tosa, todos nobres florentinos, junto com muitos toscanos e napolitanos que lutavam do lado de Florença, enviados pelo rei Roberto para ajudar os guelfos. Logo que os pistoienses souberam dessa derrota, expulsaram os amigos dos guelfos e se renderam a Castruccio. Ele não se contentou em ocupar Prato e todos os castelos nas planícies dos dois lados do Arno, e marchou com seu exército até a planície de Peretola, a cerca de duas milhas de Florença. Ali permaneceu muitos dias, dividindo os despojos e celebrando sua vitória com banquetes e jogos, promovendo corridas de cavalos e corridas a pé para homens e mulheres. Também mandou cunhar medalhas em memória da derrota dos florentinos. Procurou corromper alguns cidadãos de Florença para que abrissem os portões da cidade à noite, mas a conspiração foi descoberta, e os participantes foram presos e decapitados, entre eles Tommaso Lupacci e Lambertuccio Frescobaldi. Essa derrota causou aos florentinos grande ansiedade e, sem esperança de preservar sua liberdade, enviaram embaixadores a Roberto, rei de Nápoles, oferecendo-lhe o domínio de sua cidade. Ele, sabendo que a manutenção da causa guelfa tinha imensa importância para si, aceitou. Ajustou com os florentinos receber deles tributo anual de duzentos mil florins e enviou seu filho Carlo a Florença com quatro mil cavaleiros.

Pouco depois, os florentinos ficaram em alguma medida aliviados da pressão do exército de Castruccio, pois ele foi obrigado a deixar suas posições diante de Florença e marchar sobre Pisa, a fim de sufocar uma conspiração levantada contra ele por Benedetto Lanfranchi, um dos primeiros homens de Pisa, que não suportava ver sua pátria sob domínio dos luqueses. Ele formara essa conspiração com intenção de tomar a cidadela, matar os partidários de Castruccio e expulsar a guarnição. Numa conspiração, a escassez de participantes é essencial ao segredo, enquanto, para executá-la, poucos não bastam. Ao buscar mais aderentes para seu plano, Lanfranchi encontrou uma pessoa que revelou o desígnio a Castruccio. Essa traição não pode passar sem severa censura a Bonifacio Cerchi e Giovanni Guidi, dois exilados florentinos que sofriam seu banimento em Pisa. Castruccio então prendeu Benedetto e o matou, decapitou muitos outros cidadãos nobres e expulsou suas famílias. Parecia agora a Castruccio que tanto Pisa quanto Pistoia estavam profundamente maldispostas. Empregou muito pensamento e energia para assegurar sua posição nelas, e isso deu aos florentinos a oportunidade de reorganizar seu exército e esperar a chegada de Carlo, filho do rei de Nápoles. Quando Carlo chegou, decidiram não perder mais tempo e reuniram um grande exército de mais de trinta mil infantes e dez mil cavaleiros, chamando em seu auxílio todos os guelfos que havia na Itália. Discutiram se deveriam atacar primeiro Pistoia ou Pisa, e decidiram que seria melhor marchar contra esta última. Esse caminho, por causa da recente conspiração, parecia mais provável de ter êxito e lhes seria mais vantajoso, porque acreditavam que a rendição de Pistoia se seguiria à conquista de Pisa.

No início de maio de 1328, os florentinos puseram esse exército em movimento e ocuparam rapidamente Lastra, Signa, Montelupo e Empoli, passando dali para San Miniato. Quando Castruccio soube do enorme exército que os florentinos enviavam contra ele, não se alarmou em grau algum, acreditando que havia chegado o tempo em que a fortuna entregaria o império da Toscana em suas mãos. Não tinha razão para pensar que o inimigo lutaria melhor, ou teria melhores perspectivas de sucesso, do que em Pisa ou Serravalle. Reuniu vinte mil soldados a pé e quatro mil cavaleiros, e com esse exército foi a Fucecchio, enquanto enviou Pagolo Guinigi a Pisa com cinco mil infantes. Fucecchio tem posição mais forte que qualquer outra cidade do distrito pisano, por sua localização entre os rios Arno e Gusciana e por sua leve elevação acima da planície em volta. Além disso, o inimigo não podia impedir que fosse abastecida sem dividir suas forças, nem podia aproximar-se dela pela direção de Lucca ou Pisa, nem chegar a Pisa, nem atacar as forças de Castruccio, salvo em desvantagem. Num caso, ficaria colocado entre seus dois exércitos, um sob o comando dele próprio e outro sob Pagolo. No outro, teria de cruzar o Arno para chegar ao contato com o inimigo, empresa de grande risco. Para tentar os florentinos a tomar esse último caminho, Castruccio retirou seus homens das margens do rio e colocou-os sob os muros de Fucecchio, deixando vasta extensão de terreno entre eles e o rio.

Os florentinos, tendo ocupado San Miniato, fizeram conselho de guerra para decidir se atacariam Pisa ou o exército de Castruccio. Depois de pesar as dificuldades dos dois caminhos, decidiram pelo último. O rio Arno estava então baixo o bastante para ser vadado, embora a água chegasse aos ombros dos infantes e às selas dos cavaleiros. Na manhã de 10 de junho de 1328, os florentinos começaram a batalha mandando avançar certo número de cavaleiros e dez mil infantes. Castruccio, cujo plano de ação estava fixado e que sabia muito bem o que fazer, atacou de imediato os florentinos com cinco mil infantes e três mil cavaleiros, sem permitir que saíssem do rio antes de carregá-los. Também enviou mil infantes leves rio acima e o mesmo número pelo Arno abaixo. A infantaria dos florentinos estava tão impedida pelas armas e pela água que não conseguia subir as margens do rio, enquanto a cavalaria tornara a passagem mais difícil para os outros, pois os poucos que haviam cruzado tinham revolvido o leito do rio, e, como este era fundo de lama, muitos cavalos tombaram com seus cavaleiros e muitos ficaram tão presos que não podiam mover-se. Quando os capitães florentinos viram as dificuldades que seus homens enfrentavam, retiraram-nos e os moveram rio acima, esperando encontrar o leito menos traiçoeiro e as margens mais adequadas para desembarcar. Esses homens foram recebidos na margem pelas forças que Castruccio já enviara adiante, armadas levemente, com broquéis e dardos nas mãos, que avançaram com gritos tremendos contra os rostos e corpos da cavalaria. Os cavalos, assustados pelo ruído e pelos ferimentos, não queriam avançar e pisoteavam uns aos outros em grande confusão. O combate entre os homens de Castruccio e os inimigos que conseguiram cruzar foi áspero e terrível. Ambos os lados lutaram com extremo desespero, e nenhum queria ceder. Os soldados de Castruccio lutavam para empurrar os outros de volta ao rio, enquanto os florentinos se esforçavam para firmar pé em terra, a fim de abrir espaço para os demais que pressionavam atrás e que, se conseguissem sair da água, poderiam combater. Nesse conflito obstinado eram incitados por seus capitães. Castruccio gritava a seus homens que aqueles eram os mesmos inimigos que já haviam vencido em Serravalle, enquanto os florentinos censuravam uns aos outros por tantos serem vencidos por poucos. Por fim, Castruccio, vendo quanto a batalha já durava, e que tanto seus homens quanto os inimigos estavam inteiramente exaustos, e que ambos os lados tinham muitos mortos e feridos, fez avançar outro corpo de infantaria para tomar posição atrás daqueles que lutavam. Então ordenou a estes que abrissem suas fileiras como se pretendessem recuar, uma parte virando à direita e outra à esquerda. Isso abriu um espaço que os florentinos logo aproveitaram, ganhando uma parte do campo de batalha. Mas, quando esses soldados cansados se viram em combate próximo com as reservas de Castruccio, não puderam sustentá-lo e caíram de volta no rio. A cavalaria de ambos os lados ainda não havia obtido vantagem decisiva uma sobre a outra, porque Castruccio, conhecendo sua inferioridade nessa arma, ordenara a seus chefes que apenas se mantivessem na defensiva contra os ataques dos adversários, esperando que, depois de vencer a infantaria, pudesse dar conta rapidamente da cavalaria. Isso aconteceu como esperava, pois, quando viu o exército florentino repelido para além do rio, ordenou ao restante de sua infantaria que atacasse a cavalaria inimiga. Fizeram isso com lança e dardo e, unidos à própria cavalaria, caíram sobre o inimigo com a maior fúria, pondo-o logo em fuga. Os capitães florentinos, vendo a dificuldade que sua cavalaria encontrara para cruzar o rio, tinham tentado fazer sua infantaria cruzar mais abaixo, para atacar os flancos do exército de Castruccio. Mas ali também as margens eram íngremes e já estavam guarnecidas pelos homens de Castruccio, de modo que o movimento foi inútil. Dessa forma, os florentinos foram tão completamente derrotados em todos os pontos que mal um terço escapou, e Castruccio ficou outra vez coberto de glória. Muitos capitães foram feitos prisioneiros, e Carlo, filho do rei Roberto, com Michelagnolo Falconi e Taddeo degli Albizzi, comissários florentinos, fugiram para Empoli. Se os despojos foram grandes, a matança foi infinitamente maior, como se podia esperar em tal batalha. Dos florentinos caíram vinte mil duzentos e trinta e um homens, enquanto Castruccio perdeu mil quinhentos e setenta.