Trong lúc Pyrros đánh Sicilia, La Mã đã chiêu một được một đội quân lớn. Do liên tục bị quân La Mã đánh bại, người Tarentum đã nản chí. Nhiều người còn căm ghét Pyrros vì bỏ rơi họ trong thời gian ở Sicilia. Tuy nhiên, Pyrros vẫn quyết định tấn công quân La Mã.[17] Năm 275 trước Công nguyên, Pyrros chia quân làm 2 cánh: cánh thứ 1 đánh Lucania; cánh thứ 2, vốn thiện chiến hơn và do Pyrros trực tiếp chỉ huy, đánh Beneventum.[27]

Quân La Mã do tổng tài Manius Curius Dentatus chỉu đã xây đồn lũy vững chắc tại Beneventum. Pyrros dự định tiêu diệt quân La mã bằng một cuộc đột kích đêm.[27] Nhưng trên đường hành quân đến Beneventum, quân Hy Lạp phải len nhiều bụi cây rậm rạp và nhiều người đã bị lạc. Đến rạng sáng, quân Hy Lạp mới nhìn thấy doanh trại La Mã. Manius Currius bất ngờ tập kích và đánh bại đội tiên phong của Pyrros. Sau đó, toàn quân La Mã nhất tề xông lên đánh tan quân Hy Lạp.[23] Trận Beneventum kết thúc với thất bại chung cuộc của Pyrros.[4][28] Ông dẫn tàn quân chạy về thành Tarentum. Sau đó, Pyrros gửi thư cầu viện các vương quốc Macedonia, Ai Cập và Syria. Vua Macedonia Antigonos II Gonatas chối từ, nhưng vua Syria Antiokhos I Soter hứa sẽ đưa quân sang giúp. Sự từ chối của Antigonos đã thuyết phục Pyrros chấm dứt hoàn toàn chiến dịch Tarentium; nhưng tin quân Syria sửa soạn đánh Tarentium đã làm người La Mã không dám tiến công; nhờ đó, Pyrros rút lui an toàn khỏi Nam Ý.[17][29] Pyrros để lại một đội quân đồn trú ở Tarentum do Milo và Helenus chỉ huy,[17] nhưng bản thân ông không bao giờ quay trở lại đó nữa.[30]