Dựa vào vùng đầm, hồ, lau lách ở khu Bãi Sậy, nghĩa quân đào hào, đắp lũy, đặt nhiều hầm chông, cạm bẫy. Từ đây, nghĩa quân tỏa ra hoạt động ở vùng đồng bằng, khống chế các tuyến đường giao thông đường bộ Hà Nội-Hải Phòng, Hà Nội-Nam Định, Hà Nội-Bắc Ninh và đường thủy trên sông Thái Bình, sông Hồng, sông Đuống…

Ngoài căn cứ Bãi Sậy, nghĩa quân còn xây dựng căn cứ Hai Sông ở Kinh Môn (Hải Dương) do Đốc Tít (Nguyễn Đức Hiệu) phụ trách.

Nghĩa quân Bãi Sậy không tổ chức thành những đội quân lớn mà phiên chế thành những đội quân nhỏ khoảng từ 20 đến 25 người, trang bị vũ khí và trà trộn vào dân để hoạt động.

Từ năm 1885 đến cuối năm 1887, nghĩa quân đấy lùi nhiều cuộc càn quét của Pháp ở cả ba vùng Văn Giang, Khoái Châu và vùng căn cứ Hai Sông. Nhiều trận đánh ác liệt diễn ra trên địa bàn các tỉnh Hưng Yên, Hải Dương, Bắc Ninh, Thái Bình, Quảng Yên. Có trận, quân ta tiêu diệt tới 40 tên địch, bắt sống chỉ huy.

Từ năm 1888, nghĩa quân bước vào giai đoạn chiến đấu quyết liệt. Thực dân Pháp tăng cường binh lực, cho xây dựng hệ thống đồn bốt dày đặc và thực hiện chính sách “ dùng người Việt trị người Việt” để cô lập nghĩa quân ở căn cứ Bãi Sậy. Nghĩa quân chiến đấu rất dũng cảm, nhưng lực lượng ngày càng giảm sút và rơi dần vào thế bao vây, cô lập. Cuối cùng, Nguyễn Thiện Thuật phải lánh sang Trung Quốc (7-1889) và mất tại đó vào năm 1926.

Cuối tháng 7-1889, căn cứ Hai Sông cũng bị Pháp bao vây. Đốc Tít chỉ huy nghĩa quân chống trả quyết liệt, nhưng bị đánh bật khỏi đại bản doanh Trại Sơn. Trong thế cùng, ông phải ra hàng giặc (12-8-1889), sau bị chúng đày sang An-giê-ri.