Từ sau chiến thắng Rạch Gầm - Xoài Mút, về cơ bản quân Tây Sơn đã làm chủ được toàn bộ vùng đất Đàng Trong, Nguyễn Huệ tự nhận về mình sứ mệnh thiêng liêng dẫn đầu đoàn quân Tây Sơn tiến ra Đàng Ngoài, phá bỏ ranh giới sông Gianh, lật đổ chế độ chúa Trịnh, vua Lê, lập lại nền thống nhất đất nước. Trong bước đường cùng, Lê Chiêu Thống đã cho người sang cầu cứu nhà Mãn Thanh. Vua Thanh là Càn Long huy động 29 vạn quân, giao cho Tôn Sĩ Nghị chỉ huy theo 4 đường tiến đánh nước ta. Quân Tây Sơn ở Bắc Hà lúc đó chỉ có hơn 1 vạn người, phải tạm thời rút lui về phòng tuyến Tam Điệp - Biện Sơn. Ngay sau khi nhận được tin quân Thanh xâm lược, Nguyễn Huệ lên ngôi Hoàng đế lấy hiệu là Quang Trung, thống suất đại quân khẩn trương lên đường ra Bắc diệt giặc. Trên đường hành quân, đi đến đâu nghĩa quân cũng được sự ủng hộ mạnh mẽ của các tầng lớp nhân dân yêu nước.
Đúng vào đêm 30 tết, từ Tam Điệp - Biện Sơn, các mũi tiến công của quân Tây Sơn được lệnh xuất phát. Mờ sáng mùng 5 Tết, quân Tây Sơn bước vào trận quyết chiến với địch ở đồn Ngọc Hồi (Thanh Trì- Hà Nội), đây là một đồn lũy kiên cố giữ vị trí then chốt trong hệ thống phòng ngự của địch, bảo vệ trực tiếp cửa ngõ phía nam Thăng Long. Đồn Ngọc Hồi cách Thăng Long 14 km, quanh đồn có chiến lũy bảo vệ. Phía ngoài lũy có bãi chướng ngại dày đặc gồm chông sắt, cạm bẫy và địa lôi, lực lượng của địch ở đây có khoảng 3 vạn quân tinh nhuệ đặt dưới sự chỉ huy của đề đốc Hứa Thế Hanh là phó tướng của Tôn Sĩ Nghị và là tướng chỉ huy toàn bộ hệ thống phía Nam Thăng Long. Quang Trung trực tiếp chỉ huy trận công đồn ác liệt này.
Mở đầu trận đánh, đội tượng binh gồm hơn 100 voi chiến của quân Tây Sơn xông vào tiến công, đội kỵ binh thiện chiến của quân Thanh đã ra nghênh chiến bị tan rã nhanh chóng. Quân địch dựa vào chiến lũy hết sức cố thủ. Chúng từ trên chiến lũy bắn đại bác và cung tên dữ dội để cản đường quân ta. Một đội xung kích đã chuẩn bị trước gồm những chiến sĩ cảm tử, dùng những lá chắn lớn (ván gỗ quấn rơm ướt) che mình xông thẳng vào chiến lũy của địch. Quân ta đột nhập vào chiến lũy của địch, đại quân Tây Sơn ào ạt xung phong vào trận địa với dũng khí áp đảo kẻ thù. Chính quân địch cũng phải thừa nhận rằng: quân Tây Sơn “hợp lại đông như kiến cỏ, thế lực ồ ạt như nước triều dâng”.
Trước sức công phá như vũ bão và tinh thần chiến đấu dũng cảm tuyệt vời của quân Tây Sơn, đồn Ngọc Hồi bị san phẳng, một bộ phận quân địch bị tiêu diệt tại trận, số sống sót sau cơn bão lửa khủng khiếp đó bỏ chạy về phía Thăng Long. Nhưng Quang Trung đã bố trí một lực lượng nghi binh chặn đường, bố trí sẵn một trận địa để tiêu diệt tàn quân Thanh.
Cũng vào mờ sáng ngày mùng 5 Tết, đạo quân của đô đốc Long bất ngờ bao vây, tiêu diệt đồn Khương Thượng (Đống Đa- Hà Nội) ở phía Tây Nam thành Thăng Long. Quân Tây Sơn bí mật bao vây vào lúc trời còn tối rồi tấn công dữ dội vào đồn giặc, nhân dân nổi dậy cùng trực tiếp tham gia chiến đấu, họ dùng rơm rạ bện thành con cùi, tẩm dầu đốt lửa, tạo thành một vòng vây lửa uy hiếp quân địch, đồn Khương Thượng bị tiêu diệt nhanh chóng. Tướng chỉ huy là đề đốc Sầm Nghi Đống khiếp sợ phải thắt cổ tự tử, hàng vạn xác giặc nằm ngổn ngang khắp chiến trường. Tôn Sĩ Nghị khiếp sợ đến nỗi không kịp mặc áo giáp và thắng yên ngựa vội vàng cùng với toán kỵ binh hầu cận vượt cầu phao tháo chạy trước hết. Quân Thanh tan vỡ, tranh nhau tìm đường chạy trốn. Tôn Sĩ Nghị ra lệnh cắt cầu phao để cản đường truy kích của quân Tây Sơn, do hành động tàn nhẫn của Tôn Sĩ Nghị, hàng vạn quân Thanh đã bỏ xác dưới sông Hồng.
Cũng vào mờ sáng mùng 5 tết, đội quân của đô đốc Long tiến vào giải phóng thành Thăng Long. Trưa hôm đó, Quang Trung và đạo quân chủ lực tiến vào kinh thành giữa sự hân hoan chào đón của nhân dân. Chiếc áo chiến bào của người anh hùng “áo vải” hôm đó đã nhuốm đen khói súng của những ngày đêm chiến đấu ác liệt. Lá cờ đỏ đã từng giương cao từ những ngày đầu khởi nghĩa, tung bay theo bước đường thắng lợi của nghĩa quân, nay lại dẫn đoàn quân chiến thắng tiến vào giải phóng kinh thành.
Chiến thắng Ngọc Hồi- Đống Đa đã đi vào lịch sử như một trong những chiến công hiển hách nhất trong lịch sử chống ngoại xâm vô cùng oanh liệt của dân tộc ta. Xuân Kỷ dậu (1789) là một tiết xuân rực rỡ chiến công, chỉ trong vòng 5 ngày đêm của những ngày đầu xuân năm đó (từ 30 tháng 12 đến mùng 5 tháng 1 năm kỷ dậu), dân tộc ta dưới sự lãnh đạo tài tình của Quang Trung đã vùng lên quét sạch quân xâm lược Mãn Thanh khỏi đất nước, giải phóng kinh thành Thăng Long, giải phóng tổ quốc. Thắng lợi đó có ý nghĩa lịch sử trọng đại của cuộc kháng chiến là trong thời gian ngắn nhất, dân tộc ta đã phát huy được tất cả sức mạnh tinh thần và vật chất của mình đập tan quân xâm lược. Với một nghệ thuật quân sự độc đáo, sáng tạo, lối đánh thần tốc, bất ngờ, dũng cảm, mưu trí, sáng tạo. Quang Trung - Nguyễn Huệ đã trở thành một anh hùng dân tộc vĩ đại, một thiên tài quân sự, một danh tướng trăm trận trăm thắng.