Nhận được tin cấp báo, Nguyễn Huệ lên ngôi Hoàng đế (12 - 1788), lấy niên hiệu là Quang Trung, lập tức tiến quân ra Bắc.
Đến Nghệ An, Quang Trung tuyển thêm quân, mở cuộc duyệt binh lớn ở Vĩnh Doanh (Vinh, Nghệ An).
Tới Thanh Hoá, Quang Trung tiếp tục tuyển thêm quân và làm lễ tuyên thệ. Trong lời dụ tướng sĩ, Quang Trung đã thể hiện rõ quyết tâm đánh tan quân ngoại xâm, bảo vệ nền độc lập dân tộc.
Ra đến Tam Điệp, Quang Trung khen ngợi kế hoạch tạm rút quân để bảo toàn lực lượng của Ngô Thì Nhậm và các tướng.
Từ Tam Điệp, Quang Trung chia quân làm năm đạo :
- Đạo chủ lực, do Quang Trung trực tiếp chỉ huy, thẳng hướng Thăng Long.
- Đạo thứ hai và đạo thứ ba đánh vào Tây Nam Thăng Long và yểm hộ cho đạo chủ lực.
- Đạo thứ tư tiến ra phía Hải Dương.
- Đạo thứ năm tiến lên Lạng Giang (Bắc Giang), chặn đường rút lui của địch.
Đêm 30 tết (âm lịch), quân ta vượt sông Gián Khẩu (sông Đáy), tiêu diệt gọn toàn bộ quân địch ở đồn tiền tiêu. Đêm mồng 3 tết, quân ta bí mật vây đồn Hà Hồi (Thường Tín, Hà Nội). Quân giặc bị đánh bất ngờ, hoảng sợ, hạ khí giới đầu hàng.
Mờ sáng mồng 5 tết, quân ta đánh đồn Ngọc Hồi (Thanh Trì, Hà Nội). Đây là đồn quan trọng nhất của địch với khoảng 3 vạn quân tinh nhuệ đóng giữ. Đồn luv được xây đắp kiên cố, xung quanh đều cắm chông sắt và chôn địa lôi dầy đặc.
Khi đến sát đồn giặc, Quang Trung truyền lệnh cho tượng binh và bộ binh đồng loạt xông tới. "Quân Thanh chống không nổi, bỏ chạy tán loạn, giày xéo lên nhau mà chết..., thây ngổn ngang đầy đồng, máu chảy thành suối. Quân Thanh đại bại" (Hoàng Lê nhất thống chí).
Khi đạo quân của Quang Trung đang đánh đồn Ngọc Hồi thì đạo quân của đỏ đốc Long tấn công đồn Đống Đa. Được nhân dân địa phương giúp sức, quân ta giáp chiến, đốt lửa thiêu cháy doanh trại giặc. Tướng giặc là sầm Nghi Đống khiếp sợ, thắt cổ tự tử.
Nghe tin đại bại, Tôn Sr Nghị bàng hoàng mất vía, vội vã cùng vài võ quan vượt sông Nhị sang Gia Lâm.
Trưa mồng 5 Tết KỈ Dậu, vua Quang Trung trong bộ chiến bào xạm đen khói thuốc súng, cùng đoàn quân chiến thắng tiến vào Thăng Long giữa muôn tiếng reo hò :
Ba quân đội ngũ chỉnh tề tiến,
Trăm họ chật đường vui tiếp nghênh...