Khi quân Thanh tiến qua biên giới, quân lính Tây Sơn bỏ trốn hết khiến viên trấn thủ của Tây Sơn là Phan Khải Đức phải đầu hàng Theo thư Lê Chiêu Thống gửi cho Tôn Sĩ Nghị, tổng số quân Tây Sơn đóng ở miền Bắc khoảng 60 ngàn quân, trong đó có 30 ngàn quân do bắt lính tại địa phương, không có lòng chiến đấu.

Ngô Văn Sở được tin quân Thanh kéo sang liền nhóm họp các văn võ quan nhà Lê Trung Hưng đưa một bức thư ký tên Giám Quốc Sùng Nhượng Công, Lê Duy Cẩn sang xin hoãn binh với Tôn Sĩ Nghị. Rồi các tướng Tây Sơn mở cuộc thảo luận.

Nhiều người bàn dùng phục binh đánh quân Thanh như Lê Lợi diệt tướng Minh là Liễu Thăng, Lương Minh trước đây, duy Ngô Thì Nhậm chủ trương kế hoạch, nhử quân Thanh vào sâu nội địa, thủy quân rút về Biện Sơn trước, lục quân kéo vào đóng giữ núi Tam Điệp rồi báo tin vào cho Bắc Bình Vương. Chiến lược này được chấp thuận, binh sĩ các đạo đều được lệnh về hội ngay dưới cờ của Tiết Chế Ngô Văn Sở tại bờ sông Nhị vào năm hôm sau. Sở bàn kế hoạch lui quân.

Lê Chiêu Thống được tin quân Tây Sơn rút khỏi các trấn, bèn điều các tướng dưới quyền đi chiếm lại những nơi đó. Giữa tháng 11 năm 1788, quân Thanh tới bờ bắc sông Thương. Quân Tây Sơn rút về bờ nam nhưng chặt phá hết cầu và lấy hết thuyền bè. Theo sách Thánh vũ ký, phần "Càn Long chinh phủ An Nam ký" của Ngụy Nguyên, quân Thanh đã tổn thất khá nhiều mới bắc được cầu qua sông do đạn của quân Tây Sơn bắn sang trước khi rút hẳn.

Quân Thanh tiến đến Thị Cầu, Phan Văn Lân đã chặt cầu và tận dụng bờ nam cao hơn bờ bắc mà bắn đại bác sang khiến quân Thanh mất 3 ngày (15 đến 17 - 11) không bắc nổi cầu. Nửa đêm 17 tháng 11, Phan Văn Lân mang một ngàn quân bản bộ theo khúc sông Cầu định tập kích trại Tôn Sĩ Nghị nhưng bị thiệt hại do hoả lực của quân Thanh bắn ra. Sau đó Văn Lân đụng độ tướng Thanh là Trương Triều Long ở Tam Tằng. 

Trong khi đó, lục quân của Ngô Văn Sở cũng rút về tới Ninh Bình cố thủ. Ngày 20 tháng 11, quân Tây Sơn đóng đồn từ Tam Điệp tới Biện Sơn, Ngô Văn Sở cho đô đốc Tuyết vào nam cấp báo với Bắc Bình vương Nguyễn Huệ.

Tôn Sĩ Nghị từ Tam Tằng tiến vào Thăng Long. Lê Duy Kỳ từ Kinh Bắc ra đón rồi cùng theo vào kinh thành. Không lâu sau, các đạo quân Vân - Quý và Điền châu cũng tiến vào hội binh.

Theo các nhà nghiên cứu, cuộc hành quân của Tôn Sĩ Nghị từ 28/10 tới 20/11 tức là mất 22 ngày mới tới Thăng Long, lâu hơn nhiều so với thời gian 6 ngày mà Nghị từng dự liệu với Càn Long.

Tôn Sĩ Nghị bố trí quân Thanh đóng ở phía nam tới phía tây thành Thăng Long, cho đạo quân Lưỡng Quảng đóng hai bên bờ sông Hồng, quân Điền châu đóng ở Khương Thượng, quân Vân Quý đóng ở Sơn Tây.

"Nước Việt ta từ đời Đinh, Lê, Lý, Trần gây dựng ra nước cho đến ngày nay, thánh minh dấy lên không phải là một họ, nhưng thịnh suy, dài ngắn, vận mệnh do trời, không phải sức người tạo ra được. Trước đây nhà Lê mất chính quyền, họ Trịnh và cựu Nguyễn chia bờ cõi. Hơn hai trăm năm nay, kỷ cương rối loạn, vua Lê chỉ là hư vị, cường thần tự ý vun trồng, giềng mối của trời đất một phen rơi xuống không nâng lên được, chưa có lúc nào hư hỏng quá như lúc này vậy. Vả lại mấy năm gần dây, nam bắc gây việc binh đao, nhân dân rơi vào chốn bùn than

Trẫm hai lần gây dựng họ Lê, thế mà tự quân họ Lê không biết giữ xã tắc, bỏ nước đi bôn vong, sĩ dân Bắc Hà không hướng về họ Lê, chỉ trông mong vào trẫm, về phần đại huynh (Nguyễn Nhạc) có ý mỏi mệt, tình nguyện giữ một phủ Quy Nhơn, tự nhún xưng là Tây Vương, mấy nghìn dặm đất về phương nam thuộc hết về trẫm. Trẫm tự nghĩ tài đức không bằng người xưa, mà đất đai thì rộng, nhân dân thì nhiều, ngẫm nghĩ cách thống trị, lo ngay ngáy như dây cương mục chỉ huy sáu ngựa.

Nay xem khí thần rất hệ trọng, ngôi trời thật khó khăn, trẫm chỉ lo không kham nổi, nhưng ức triệu người trong bốn bể đều xúm quanh cả vào thân trẫm, đó là ý trời đã định, không phải do người làm ra. Trẫm nay ứng mệnh trời, thuận lòng người không thể khăng khăng cố giữ sự khiêm nhường. Trẫm chọn ngày 22 tháng 11 năm nay lên ngôi thiên tử, đặt niên hiệu là Quang Trung năm đầu, truyền bảo cho trăm họ muôn dân phải tuân theo giáo lệnh của nhà vua. Nhân nghĩa, trung chính là đạo lớn của người, trẫm nay cùng dân đổi mới, vâng theo mưu mô sáng suốt của vua thánh đời trước, lấy giáo hóa trị thiên hạ".

Tạp chí "Nghiên cứu Lịch sử" đăng bài "Hịch đánh Thanh^", tên bài hịch là "Lời hiếu dụ tướng sỹ" được vua Quang Trung đọc tại lễ lên ngôi:

Đánh cho để dài tóc
Đánh cho để đen răng
Đánh cho nó chích luân bất phản
Đánh cho nó phiến giáp bất hoàn
Đánh cho sử tri Nam quốc anh hùng chi hữu chủ”
Dịch nghĩa:
Đánh cho để dài tóc
Đánh cho để đen răng
Đánh cho nó bánh xe không quay lại
Đánh cho nó manh giáp không trở về
Đánh cho sử biết nước Nam anh hùng có chủ

Một giai thoại được truyền lại về việc Quang Trung lập kế để động viên quân sĩ trước khi ra quân đánh quân Thanh, tại lễ đăng quang ở Phú Xuân. Sau lúc làm lễ, Quang Trung sai mang đến cái mâm, trên để các đồng tiền, có phủ vải điều, rồi tuyên bố với quân sĩ: "Ba quân hãy cùng ta quan sát, nếu cả hai trăm đồng tiền này đều sấp, thì đó là điềm trời báo chúng ta đại thắng. Ngược bằng, có đồng ngửa, thì đó là đại sự của chúng ta có điều trắc trở." Nguyễn Huệ chắp tay khấn vái, rồi bưng mâm tiền, cung kính dâng lên cao, rồi hất tung xuống sân. Quân sĩ thấy các đồng tiền nhất loạt đều sấp, reo hò mừng rỡ, tin chắc trận này ra bắc sẽ đánh thắng quân Thanh. Kỳ thực, Nguyễn Huệ đã ngầm sai người đúc 200 đồng tiền mà cả hai mặt đều là mặt sấp.

Theo sách "Lê triều dã sử", sở dĩ quân Tây Sơn hành quân nhanh chóng vì Nguyễn Huệ đã bố trí 3 người 1 tốp thay nhau 2 người cáng 1 đi suốt ngày đêm.

Theo các nhà nghiên cứu hiện đại, Quang Trung chia quân làm 5 đạo: tiền, hậu, tả, hữu và trung quân. Ông phân quân cũ cho các tướng còn tự mình chỉ huy số quân mới tuyển để những người lính mới yên tâm chiến đấu. Các giáo sĩ phương Tây khi nhìn thấy đạo quân Tây Sơn này đã mô tả họ tàn tạ như những bệnh nhân do cuộc hành quân gấp gáp (dù họ chưa phải chiến đấu trận nào).

1. Đạo quân do Quang Trung chỉ huy có Ngô Văn Sở và Phan Văn Lân làm tiên phong, có cả tượng binh và kỵ binh đánh vào chính mặt nam Thăng Long.
2. Đạo quân do đô đốc Tuyết chỉ huy theo đường thuỷ tiến vào sông Lục Đầu, đánh đồn quân cần vương của Lê Duy Kỳ ở Hải Dương, chặn đường rút của quân Thanh bên kia sông Hồng.
3. Đạo quân đô đốc Lộc chỉ huy cùng đạo quân đô đốc Tuyết theo đường thuỷ tiến vào sông Lục Đầu, tới đây tách ra đi gấp lên Phượng Nhãn, Lạng Giang chặn đường rút của quân Thanh phía bắc.
4. Đạo quân đô đốc Bảo chỉ huy, cũng có tượng binh và kỵ binh theo đường Ứng Hoà (Hà Tây) ra làng Đại Áng, phối hợp với cánh quân Quang Trung đánh đồn Ngọc Hồi của Hứa Thế Hanh.
5. Đạo quân đô đốc Long chỉ huy, cũng có tượng binh và kỵ binh theo đường Chương Đức, hướng lên Sơn Tây nhưng sẽ rẽ quặt sang làng Nhân Mục tập kích đồn Khương Thượng của Sầm Nghi Đống và tiến vào Thăng Long từ hướng tây.

Đến nay, còn nhiều tranh luận chưa đi đến thống nhất giữa các nhà nghiên cứu về người chỉ huy đánh đồn Khương Thượng. Giáo sư Nguyễn Phan Quang trong "Phong trào nông dân Tây Sơn" nêu các giả thuyết khác nhau. Có thuyết cho rằng người chỉ huy là đô đốc Long, có ý kiến cho rằng đó là tướng Đặng Tiến Đông. Lại có ý kiến cho rằng hai người là một; và ý kiến khác cho rằng đô đốc Long thực ra tên là đô đốc Mưu....

Ngày 30 tháng chạp, Quang Trung cho quân ăn tết trước rồi hạ lệnh tiến quân. Ông hẹn với ba quân mồng 7 tháng Giêng âm lịch sẽ vào ăn tết ở Thăng Long.