Sau khi đánh chiếm được đồn Hà Hồi vào đêm mồng 3 tết thì đến mờ sáng mồng 5 tết Kỉ Dậu (1789), quân ta tấn công đồn Ngọc Hồi. Quân Thanh bắn đại bác dữ dội nhưng quân ta vẫn ghép các mảnh ván thành tấm lá chắn, lấy rơm dấp nước quấn ngoài, rồi cứ 20 người một tấm tiến lên.Khi đến sát cửa đồn, quân ta xông vào như bão. Cuộc chiến diến ra ác liệt. Quân Thanh chết nhiều vô kể và bỏ chạy về phía Thăng Long.

Tiếp đó, quân ta đánh mạnh vào đồn Đống Đa khiến tướng giặc phải thắt cổ tự tử. Tôn Sĩ Nghị nghe tin báo hoảng sợ cùng đám tàn quân vượt sông Hồng chạy về phương Bắc.