Ngày 21/11 năm Mậu Thân (1788) quân Thanh do Tôn Sĩ Nghị chỉ huy đánh chiếm được kinh thành Thăng Long. Tới ngày 24/11, Nguyễn Huệ nhận được tin cấp báo của Ngô Văn Sở và ông đã lên ngôi hoàng đế vào ngày ngày hôm sau (25/11) lấy niên hiệu là Quang Trung ra lệnh xuất quân. Ngày 29/11, vua Quang Trung kéo quân ra Nghệ An và đến ngày 20/12 (15/1/1789) ông mở hội khao quân tại Tam Điệp, đến ngày 30 tháng Chạp (25/1/1789) tổng tiến công tiêu diệt quân Thanh.

Như vậy, kể từ khi lên ngôi Hoàng đế đến khi tiêu diệt toàn bộ quân Thanh, nghĩa quân Tây Sơn do vua Quang Trung chỉ huy vừa hành quân vừa đánh giặc trong khoảng thời gian 1 tháng 10 ngày tức chỉ 40 ngày. Với việc hành quân của 10 vạn quân và 300 thớt voi chiến khổng lồ, đoạn đường đi dài 1200 dặm đồng nghĩa với việc mỗi ngày đoàn quân phải đi được 30 dặm (trên dưới 20km) và không có ngày nghỉ.

Đó thực sự là một điều vô cùng khó vì đội quân còn có cả voi. Có nhiều giả thuyết được đưa ra trong đó nổi bật là giả thuyết Quang Trung chia thành tốp 3 người 2 người cáng võng 1 người nằm và...chạy cứ thế xoay vòng, đi tới đâu tuyển thêm quân tới đó, cứ 2 người khỏe cáng 1 người mệt. Đến đoạn có sông thì lấy cáng võng ra làm thuyền thúng để rút ngắn khoảng cách còn voi đi theo đường khác.

Giả thuyết thứ 2 là ông đã có xây dựng sẵn 1 đội quân khoảng 5 vạn quân vô cùng tinh nhuệ ở Ninh Bình và chỉ cần hành quân với tốc độ cao nhất ra Ninh Bình sau đó kết hợp rồi cùng tiến vào Thăng Long. Tuy nhiên đó đều là những giả thuyết và sự thật chắc sẽ còn rất lâu nữa mới có lời giải đáp. Với việc hành quân thần tốc, Tôn Sĩ Nghị chủ quan khinh xuất nên ít đề phòng, quân ta lấy yếu tố bất ngờ tấn công làm cho quân Thanh hoảng loạn và vỡ thế trận.

Quang Trung đã cho đội quân cảm tử 600 xông lên cứ mối tốp 30 người, 10 người giắt đoản đao bên hông, cùng nhau khiêng một tấm bảng lớn, phía trước có tẩm rơm trộn bùn để chặn tên của địch. 20 người núp sau tấm ván che cùng nhất tề tiến lên cùng với đội voi chiến và sau đó nữa là quân ta tiến lên như thác lũ.

Đội quân ta liều chết xông lên, quân Thanh chỉ biết chống trả đại bác trong vô vọng, vì có bắn thì quân ta vẫn cứ xông lên. Số quân Thanh sống sót trong trận Ngọc Hồi cố chạy về Thăng Long, nhưng đến Thường Tín (Hà Nội), chúng bị quân Tây Sơn lao ra đánh, tổn thất rất lớn. Cả đề đốc Hứa Thế Hanh cùng Tổng binh Thượng Duy Thăng của địch tử vong tại trận.

Sau Thường Tín đến Thanh Trì, quân giặc tiếp tục bị đội quân của Đô đốc Bảo đánh cho tan tàn. Toàn bộ quân chạy đến Đầm Mực thì bị giết hoặc bắt sống. Chỉ trong vòng 1 buổi sáng mồng 5 Tết, quân ta đã đánh tan được đồn Ngọc Hồi sau đó tiến vào Thăng Long. Để thoát thân, Tôn Sĩ Nghị còn chặt đứt cầu phao, mặc cho quân lính của mình chết đuối.

Theo ghi chép của các giáo sĩ phương Tây, chỉ còn vài trăm quân Thanh trong số hơn 200.000 quân xâm lược chạy thoát về nước. Trận chiến này là một cuộc hành quân có 1 không 2 trong lịch sử nước nhà dưới sự chỉ huy tài tình của vua Quang Trung làm cho quân Thanh khiếp đảm, bạt vía, trở thành một mốc son chói lọi trong lịch sử chống ngoại xâm của dân tộc.