El año de 1529 se supo en México que Hernán Cortés había reivindicado su conducta ante el emperador, quien lo había nombrado capitán general de la Nueva España, y que volvía a México dispuesto a tomar represalias en contra de sus enemigos. Nuño entendió que sería despojado de su puesto, así que se adelantó a salir de la audiencia por su propia voluntad y convocó a una expedición de conquista para ampliar las posesiones españolas por el rumbo del noroeste. Logró organizar un considerable ejército compuesto por 300 soldados españoles y 6 000 indígenas auxiliares, el cual partió el día 21 de diciembre de 1529. Nuño de Guzmán recorrió los territorios de los indios purepechas, ya sometidos al gobierno español, donde cometió muchas tropelías en perjuicio de los indígenas con objeto de recaudar mayores elementos para su ejército. Meses más tarde, Nuño y sus huestes llegaron a la región de Tepic después de haber recorrido los territorios de los actuales estados de Guanajuato y Jalisco.
Nuño de Guzmán derrotó a los indios totorames de Sentispac y de Aztatlán, pero en este territorio los expedicionarios empezaron a sentir las inclemencias propias de la tierra caliente: tormentas, abundante lluvia, ríos crecidos, terrenos inundados, que provocaron la pérdida de muchos pertrechos de guerra y provisiones, además de que las fiebres intestinales causaron estragos entre los indios auxiliares. También hubo una rebelión en el campamento español y el capitán la reprimió con dureza ordenando la ejecución de los soldados que la encabezaban.
Poco después penetró en Chametla, donde empezó a aplicar la estrategia que utilizó para la conquista de totorames y tahues: localizaba los poblados más importantes y vencía la desarticulada oposición que los indígenas ofrecían; luego ocupaba los poblados, se apropiaba del maíz y de todos los alimentos que hubiera, y después ordenaba quemar el poblado y destruir las sementeras: así —pensaba Nuño— impedía que los indios organizaran alguna ofensiva a su retaguardia. El ejército carecía de vituallas, de forma que la rapiña del maíz era imprescindible para su subsistencia. El paso de las huestes de Guzmán era como una plaga desoladora que dejaba un rastro de hambre, destrucción y muerte.
De Chametla, Guzmán avanzó lenta y cautelosamente hacia el norte. Primero enviaba exploradores para reconocer aquel terreno desconocido, y sólo cuando estaba seguro del camino a seguir avanzaba al próximo poblado por arrasar. Esta suerte corrieron los poblados de Quezala, Pochotla y Piaxtla, sin que sus moradores organizaran en común la defensa de sus vidas y propiedades, circunstancia que favoreció a los conquistadores.
En el territorio de los indios tahues Nuño continuó su estrategia. Narra el cronista de la expedición que los exploradores localizaron un poblado en las márgenes del Río San Lorenzo habitado exclusivamente por mujeres, al que llamaron Chitarán (lugar de mujeres). Creyeron entonces los españoles que habían llegado al fabuloso reino de las amazonas y lanzaron un vigoroso ataque, pero en lugar de las indómitas guerreras de que hablaba la leyenda, sólo encontraron un conjunto de aterradas mujeres tahues, porque los hombres habían huido. El cronista también relata la toma y destrucción de los poblados que llamó Quilá, Las Flechas, Cuatro Barrios y El León, en el que supieron que estaban cerca de Culiacán, el más importante de los asentamientos indígenas. Los tahues de Culiacán opusieron una resistencia tenaz pero fueron vencidos por la superioridad de las armas españolas. Esta victoria de Guzmán tuvo también un efecto sobre los demás indios tahues, quienes prefirieron someterse voluntariamente al conquistador. Esto ocurría en la Pascua de 1531, según consignó el cronista.
Nuño de Guzmán estableció su cuartel en Culiacán y envió tres partidas de exploradores, una hacia el mar, otra hacia la sierra y la tercera por la planicie rumbo al norte. En el corto trecho de Culiacán al mar sólo se encontraron pequeños poblados. Lope de Samaniego, quien exploró el norte, se internó en tierras cahitas e informó que más allá del Río Mocorito no había indios sedentarios. La más larga exploración la hizo Gonzalo López, quien cruzó la serranía y llegó a la mesa del norte en territorios de lo que hoy es Durango, pero, según los relatos, sólo encontró terrenos deshabitados e indios "salvajes" que huían al paso de los españoles. Esta exploración hacia el oriente a través de la sierra era de mucha importancia para Guzmán, pues había concebido la idea de extender sus conquistas hasta la provincia de Pánuco y formar un reino extendido de costa a costa, del Golfo de México a la Mar del Sur, que envolviera por completo la Nueva España de Hernán Cortés; sin embargo, la exploración de Gonzalo López evidenció que por el momento no era factible ese proyecto. Los informes de los exploradores hicieron que Nuño de Guzmán comprendiera que su avance había terminado porque más allá no había indios sedentarios, es decir, no había maíz que expoliar y era imposible alimentar al ejército.
Así las cosas, Nuño decidió organizar el gobierno y la administración de los pueblos conquistados, para lo que estableció dos provincias en los territorios hoy sinaloenses: la provincia de Culiacán, que comprendía la comarca de los tahues entre los ríos Mocorito y Piaxtla, y la provincia de Chametla, entre los ríos Piaxtla y De las Cañas en la zona de los indios totorames. Para el gobierno de la primera provincia fundó la villa de San Miguel de Culiacán, muy probablemente el día 29 de septiembre de 1531. Los cronistas no registran la fecha ni el lugar precisos de la fundación, pero el historiador Antonio Nakayama opina que fue en la fiesta del arcángel San Miguel (29 de septiembre) y el sitio en algún punto de las riberas del Río San Lorenzo, posiblemente donde hoy se encuentra el poblado de Navito. Quedaron en la villa 96 españoles como pobladores, es decir, con derecho a poseer solares y a participar en el gobierno municipal, y también dispuso Nuño que quedara un buen número de indios auxiliares de los que integraban la hueste conquistadora. Entre los primeros pobladores de Culiacán se cuentan Diego de Proaño y Melchor Díaz, quienes fueron nombrados alcalde mayor y justicia mayor de la provincia, respectivamente; el padre Álvaro Gutiérrez, que fue el cura párroco, y otros militares como Pedro de Tovar, Diego López, Pedro Castañeda, Juan de la Bastida, Lázaro de Cebreros y Sebastián de Évora, por citar algunos.
Antes de partir para la fundación de Chametla, Nuño de Guzmán nombró cabildo municipal a la usanza castellana, repartió encomiendas y dispuso la distribución de tierras entre los pobladores; no obstante, San Miguel no quedó finalmente en el sitio donde Nuño la fundara, porque a juicio de los moradores quedaba muy expuesta a los vientos y a las inundaciones. La villa cambió de sitio por lo menos tres veces hasta que encontró su asiento definitivo en el punto donde confluyen los ríos Humaya y Tamazula, cuyas corrientes unidas forman el Río Culiacán.
En el territorio de los vencidos indios totorames, llamado ahora provincia de Chametla, Nuño fundó en 1532 la villa del Espíritu Santo, donde quedaron como pobladores Francisco de Balbuena, Rodrigo de Carvajal, Francisco de Torquemada, Martín de Rentería y Diego de Villegas, entre otros fundadores. La villa quedó asentada en las márgenes del Río Baluarte, posiblemente en el sitio donde hoy se encuentra la ciudad de El Rosario. Después de nombrar autoridades, repartir encomiendas y disponer la distribución de tierras, Nuño de Guzmán partió hacia los actuales territorios de Nayarit y Jalisco, sin que volviera a pisar la tierra sinaloense. Con todos los territorios conquistados creó el Reino de la Nueva Galicia, a cuya capital nombró Guadalajara, y a este reino quedaron incorporadas las provincias de Culiacán y Chametla.
