Hôm sau, ông hạ lệnh tiến quân, đến núi Tam Điệp, Ngô Văn Sở và Ngô Thì Nhậm đều mang gươm trên lưng mà chịu tội. Quang Trung phân tích rõ công tội của họ, khen ngợi kế hoạch tạm rút binh để bảo toàn lực lượng. Qua những lời nói đó, Quang Trung đã thể hiện mình là người sáng suốt, mưu lược, có sự am hiểu, lòng vị tha độ lượng, sử dụng quân lệnh rất nghiêm minh. Ngày 30 tháng chạp, vua mở tiệc khao quân, tuyên bố với mọi người mồng 7 sẽ vào thành ăn mừng chiến thắng. Những lời nói đó của ông đã đốc thúc được lòng quân, giúp quân sĩ lấy được tinh thần chiến đấu. Quang Trung chia quân sĩ thành năm đạo. Đạo chủ lực do ông trực tiếp chỉ huy, tấn công vào thành Thăng Long, đạo thứ hai và thứ ba tấn công vào tây nam Thăng Long và yểm trợ cho đạo thứ nhất. Đạo thứ tư tiến ra phía Hải Dương, đạo thứ năm tiến lên Lạng Giang, chặn đường rút lui của quân địch. Cả năm đạo quân đúng ngày tháng giêng lên đường, để giữ được sức chiến đấu. Vua cho sai dùng cáng làm võng, cứ hai người khiêng một người, cứ thế luân phiên nhau mà nghỉ ngơi. Khí thế của quân sĩ rất hùng dũng và oai nghiêm, ai cũng đồng lòng đánh đuổi quân giặc. Đêm 30 Tết, quân ta vượt sông Gián tiêu diệt toàn bộ quân địch, không để cho tên nào chạy thoát nên những đạo quân Thanh đóng ở Thăng Long và Ngọc Hồi không hay biết gì. Nửa đêm ngày mồng 3 Tết, sau khi đi được hai ngày ba đêm thì đã tới làng Ngọc Hồi.

        Quang Trung dùng kế nghi binh, lặng lẽ cho quân lính bao vây xung quanh làng rồi bắc loa truyền gọi, tiếng quân sĩ luân phiên nhau dạ ran để hưởng ứng. Lúc bấy giờ trong đồn mới biết, quân giặc rụng rời sợ hãi xin hàng, nộp toàn bộ khí giới và lương thực. Rồi Quang Trung cho ghép hai mươi bức ván, chọn người khoẻ mạnh, cứ mười người khiên một bức. Mờ sáng ngày mồng 5, quân ta tiến sát đến Hà Hồi. Đây là đồn quan trọng nhất của địch với khoảng hai mươi vạn quân tinh nhuệ. Đồn lũy được xây dựng kiên cố, xung quanh đều cắm chông sắt và chôn địa lôi. Mở đầu trận đánh, hơn một trăm voi chiến của quân ta ào ạt tiến vào, tiếp sau là đội mang những tấm lá chắn bằng gỗ tẩm rơm ướt bên ngoài, đội bảo vệ bộ binh theo sau với hai mươi nghìn người cầm binh khí dàn thành trận thứ nhất. Khi tiến sát đến gần. Quang Trung truyền lệnh cho tượng binh và bộ binh đồng loạt xông tới, quân Thanh nổ súng nhưng không trúng bèn phun khói lửa nhưng không ngờ gió đổi hướng, quân Thanh tự làm hại mình, thế gọi là gậy ông đập lưng ông. Được lệnh, đội quân khiêng ván vừa che vừa xông lên, khi đà chạm nhau thì quăng ván xuống; dùng dao ngắn chém bừa, những quân sĩ đằng sau cũng nhất tề xông lên. Quân Thanh chống không nổi, bỏ chạy tán loạn, giày xéo lên nhau mà chết, thây nằm đầy đồng, máu chảy thành suối, quân Thanh đại bại. Cùng lúc đó, đạo quân thứ hai và thứ ba tấn công vào đồn Đống Đa, được nhân dân địa phương ủng hộ, quân ta giáp chiến, đốt lửa thiêu cháy doanh trại. Tướng giặc là Sầm Nghi Đống khiếp sợ, thắt cổ tự tử. Quân Thanh tháo chạy về phía đông trông thấy đạo quân thứ tư càng khiếp sợ, bèn tìm lối tắt nhưng bị đạo quân thứ năm chặn đường. Hết hồn vía, quân Thanh bèn trốn xuống làng Quỳnh Đô, bị voi quân ta giày đạp, chết hàng loạt.

        Tôn Sĩ Nghị nghe tin cấp báo thì bàng hoàng mất vía, thật là tướng từ trên trời rơi xuống, quân chui dưới đất lên. Sợ mất mặt, Tôn Sĩ Nghị vội vã bỏ trốn quân sĩ nghe tin thì hoảng hốt tranh nhau qua cầu, xô đẩy nhau rơi xuống nước mà chết. Khi cầu gãy, quân lính rơi xuống sông làm nước sông Nhị Hà bị tắc nghẽn, về phần vua Lê, đang chăm chú mải mê yến tiệc, nghe tin liền chạy trốn. Trời nhá nhem tối thì đến kịp chỗ của Tôn Sĩ Nghị. Trưa mồng 5 Tết Kỉ Dậu, Quang Trung cùng đoàn quân tiến thẳng vào Thăng Long giữa muôn ngàn tiếng reo hò của nhân dân.

        Chiến công thần tốc Quang Trung đại phá quân Thanh đã để lại một dấu ấn lịch sử to lớn của nước ta và làm tăng thêm sự oai hùng một lần nữa người phương Bắc lại thua người phương Nam. Lễ hội Đống Đa hằng năm chính là lễ hội mừng cho chiến thắng lần ấy.