Ngược lại, Chúa Trịnh Sâm và viên hổ tướng Hoàng Ngũ Phúc đã tận dụng được hầu hết các lợi thế từ thiên thời, địa lợi, nhân hòa để giành thắng lợi.
Trong thời kỳ Trịnh - Nguyễn phân tranh, hai bên Đàng Trong và Đàng Ngoài giao chiến bảy lần, đến năm 1672 thì tạm dừng, tiếp tục lấy sông Gianh làm giới tuyến phân chia bờ cõi, tuy nhiên, bên nào cũng nhăm nhe chờ thời cơ để tiến đánh bên còn lại.
Thế giằng co kéo dài đến năm 1774 thì cơ hội đến với Đàng Ngoài, khi tình hình Đàng Trong có những chuyển biến bất lợi: phía Nam, anh em Tây Sơn nổi dậy; ở kinh thành thì quyền thần Trương Phúc Loan lấn át chúa Nguyễn Phúc Thuần.
Chớp cơ hội Đàng Trong rối ren
Bộ sử nhà Nguyễn, "Khâm định Việt sử thông giám cương mục", dù bảo vệ các chúa Nguyễn, cũng phải ghi nhận: "Từ khi đã bình định được Hưng Hóa và Trấn Ninh, Trịnh Sâm quen mùi thắng trận, thích lập chiến công, mong làm việc trái với bổn phận. Hắn được tin Thuận Hóa ta có quyền thần là Trương Phúc Loan chuyên quyền, càn rỡ, hà khắc, bạo ngược, bị dân oán ghét; lại có bọn Nguyễn Văn Nhạc ở Tây Sơn nổi loạn tại Quy Nhơn, hắn muốn nhân sự sơ hở để thu lấy lợi lớn".
Dù hai miền ngăn trở, nhưng thông tin về việc chính quyền chúa Nguyễn bị dân oán ghét nhanh chóng lan ra miền Bắc. Do đó, viên trấn thủ Nghệ An của Đàng Ngoài là Bùi Thế Đạt đã cho trạm chạy văn thư về triều nói hiện trạng Thuận Hóa có thể đánh lấy được. Các vị danh thần của chúa Trịnh là Hoàng Ngũ Phúc và Nguyễn Nghiễm đều tán thành việc này, nên chúa Trịnh Sâm bèn quyết chí xuất quân. Với tư cách là một vị quan cao cấp của Đàng Ngoài, Bảng nhãn Lê Quý Đôn, trong bộ "Phủ biên tạp lục", cũng cho biết các thông tin dẫn đến quyết định xuất quân của chúa Trịnh Sâm:
"Xứ Thuận Hóa liền mấy năm đói kém, tiếp đến giặc cướp, quân và dân không được nghỉ ngơi, chán nản, lìa tan chỉ chực làm loạn. Năm Cảnh Hưng thứ 35 (1774), trấn thủ Nghệ An Đoan quận công Bùi Thế Đạt làm tờ khải đệ đến vị tướng ở đồn Bố Chính là Trà Vũ bá tỏ bày xứ Quảng Nam có tình trạng rối loạn. Khi ấy triều đình đã bình được Hưng Hóa và đã đánh lấy lại Trấn Ninh, khí thế đang thịnh, Vương thượng (Chúa Trịnh) đã biết rõ họ Nguyễn suy yếu, có cớ đánh được. Khi tiếp được bài khải của Đoan quận công, đương đêm vẫn cho gọi Chưởng phủ sự Đại tư đồ Quốc lão Việp quận công Hoàng Ngũ Phúc, Đại tư đồ Xuân quận công Nguyễn Nghiễm vào bàn kế hoạch, đều đồng ý xin đánh. Lập tức phong Việp quận công làm Thống suất Bình nam Thượng tướng quân. Đoan quận công làm Kiêm đốc suất đi trước, Việp quận công đem ba vạn quân đóng ở Cầu Doanh, đem thư hiểu dụ, Phúc Thuần bảo Phúc Loan viết thư trả lời. Việp quận công lại đưa tờ hịch kê tội ác Phúc Loan, Phúc Thuần không hàng cũng không đề phòng việc chiến hay thủ".
Sắp sẵn binh lương, tung tin, mua chuộc
Một vấn đề quan trọng trong việc đánh trận xa nhà là lương thảo. Biết xứ Nghệ An và cả Thuận Hóa vừa mất mùa, các tham mưu của chúa Trịnh Sâm đã lên kế hoạch giúp chúa chia đặt ba trường sở lương thực: Trường sở Sơn Nam đặt ở Mỹ Lộc, bắt tứ trấn đong thóc trong hạt giã thành gạo, hợp với số lương chứa trong kho, rồi theo đường thủy tải vào Nghệ An; trường sở Nghệ An đặt ở Hà Trung, bắt mua thóc gạo nhà giàu trong hạt, hợp với số lương của trường sở Sơn Nam, rồi hoặc theo đường thủy hoặc theo đường bộ tải vào Quảng Bình; trường sở Quảng Bình đặt ở Động Hải, dự bị xếp đặt điều khiển để cung cấp lương thực cho binh lính.
Chúa Trịnh Sâm còn tìm kế giữ kín mục đích của cuộc điều động tới ba vạn quân này. Khi Hoàng Ngũ Phúc đã hành quân, chúa Trịnh Sâm đã tự tay viết thư gửi ông, dặn dò kế sách: "Ông đến Nghệ An, nên tùy cơ mà trù tính định liệu, trước hết đưa thư cho các tướng giữ biên giới, nói thác ra rằng: "Việc hành quân này chỉ cốt phòng bị giặc Tây Sơn chạy trốn". Nói như thế để thăm dò tình hình của họ. Nếu họ đã bình định được giặc Tây Sơn, thì lại đưa thư đề đạt ý chí rồi dẫn quân về, đừng làm cho họ sinh nghi, lại gây hấn khích ở nơi biên giới".
Khi quân của Hoàng Ngũ Phúc đóng ở xã Hà Trung (huyện Kỳ Anh, Hà Tĩnh ngày nay), viên tướng lão luyện này tiếp tục sắp đặt mưu kế. Ông sai người lén kết nối với người biền lại giữ biên giới của Đàng Trong, rồi nhân đêm đem quân lẻn qua đò sông Gianh, sáng sớm hôm sau quân sĩ đều lên bờ, đóng ở xã Cao Lao. Trấn thủ doanh Bố Chính Tôn Thất Tiệp biết tin, sai hai thuộc hạ là cai đội tên Quý Lộc và câu kê tên Kiêm Long đến khao quân Trịnh để làm cách hoãn binh, Hoàng Ngũ Phúc sai người bí mật giao thiệp với hai người này.
Lúc này, tinh thần quân sĩ phía Đàng Trong đã quá chán nản với các chúa Nguyễn. Không trực tiếp phản lại chúa Nguyễn, nhưng câu kê Kiêm Long vẫn ngấm ngầm tỏ ý mong quân Đàng Ngoài nhanh chóng tiến công qua câu nói: "Đường không đi thì không đến, chuông không đánh thì không kêu".
Nhận được tín hiệu này, Hoàng Ngũ Phúc hiểu ý, mới sai Hoàng Đình Thể chỉ huy các tướng lẻn đem quân tiến sát đến doanh lũy Trấn Ninh. Ở đây, cai đội mã quân của chúa Nguyễn là bọn Hoàng Văn Bật và Lê Thập Thí đã làm nội ứng bên trong, mở cửa đồn ra hàng. Quân sĩ của Hoàng Ngũ Phúc cứ thế chỉ việc vừa đánh trống vừa reo hò tiến vào, tướng giữ đồn là Tống Hữu Trường phải bỏ chạy.
Đồn lũy Trấn Ninh có tiếng là hiểm trở thiên nhiên, là bức trường thành ngăn chặn quân Đàng Ngoài suốt mấy trăm năm đã bị Hoàng Ngũ Phúc chiếm gần như không mất một mũi tên, viên đạn. Sau đó, ông tướng họ Hoàng này đã cho quân san phẳng lũy đất nổi tiếng được xây đắp từ thời các danh tướng của chúa Nguyễn là Nguyễn Hữu Tiến và Nguyễn Hữu Dật.
Chúa Trịnh Sâm thấy Hoàng Ngũ Phúc tiến quân thắng lợi, liền xuất quân vào Nghệ An làm thanh thế viện trợ. Tháng 12, sau khi đã vào Trấn Ninh, Hoàng Ngũ Phúc tiếp tục tiến quân đóng ở xã Hồ Xá, làm tờ hịch kể tội trạng Trương Phúc Loan lấn quyền, bưng bít người trên, ý nói rằng: "Việc hành quân này chỉ cốt trước hết trừ khử một Phúc Loan, sau nữa tiễu trừ bọn giặc kiệt hiệt, thực không có ý gì khác cả". Được tin này, các tướng Đàng Trong là bọn Nguyễn Cửu Pháp bèn cùng nhau bắt Trương Phúc Loan đem nộp tới quân doanh Hoàng Ngũ Phúc. Viên tướng họ Hoàng mừng lắm, tiếp tục cho quân cuốn cờ, im trống, kéo quân đến huyện Đăng Xương, đưa thư tới chúa Nguyễn Phúc Thuần hứa hẹn cùng đánh quân Tây Sơn.
Chúa Nguyễn Phúc Thuần cũng sai tham mưu là Lê Công Bình đến doanh trại của Hoàng Ngũ Phúc biếu hai trăm lạng vàng, dâng nộp bản đồ, sổ sách theo lễ cống hiến, chuẩn bị cho việc đầu hàng.
Chúa Nguyễn nghe tin sai mà thất bại
Nếu chúa Nguyễn Phúc Thuần đầu hàng Hoàng Ngũ Phúc, chưa rõ lịch sử sẽ thay đổi như thế nào. Nhưng khi đó, vị chúa non trẻ, thiếu kinh nghiệm này lại nghe lời tâu của tên cai đội tên là Tô Nhuận nói rằng: "Quân ở phía bắc đến ở hành doanh không có bao nhiêu, Thống tướng mặc áo bào vải xanh, quân sĩ ăn mặc xấu xí, chắc không phải là quân mạnh".
Tin vào thông tin sai trái này, chúa Nguyễn Phúc Thuần cho đem quân ra đánh, đưa quân sang sông Độc Giang. Hoàng Ngũ Phúc mới sai Trần Linh hầu Nguyễn Đình Khoan lĩnh hậu quân, Thạc Vũ hầu Hoàng Phùng Cơ làm tiên phong, đến đánh phá tan, vừa bắt sống vừa chém chết quân Đàng Trong vô số, bắt được hơn ba mươi con voi và hơn một trăm con ngựa. Đạo thủy quân của chúa Nguyễn ở Độc Giang cũng bị đại bại. Hoàng Ngũ Phúc tiến đại quân theo đường núi tiếng sang phía cánh phải, đánh về địa diện Thác Ma, Thác Trần, làm cầu nổi qua thượng lưu sông Bái Đáp.
Chúa Nguyễn Phúc Thuần không thể chống lại được nữa, bỏ cả cung điện, chở vàng bạc, của báu xuống thuyền, cùng với thân binh hơn một trăm người chạy ra cửa bể Tư Dung, bị ngược gió không đi được. Hoàng Ngũ Phúc liền phong Hoàng Đình Thế làm tiên phong vào chiếm thành Phú Xuân, niêm phong các kho tàng.
Ngày mùng 3 tháng Giêng âm lịch năm Ất Mùi, đại quân Đàng Ngoài kéo vào thành Phú Xuân. Các tướng họ Nguyễn như Chiêm Quận công, Thăng Quận công hơn một trăm người cùng với văn võ tướng đều ra hàng. Hoàng Ngũ Phúc ra thông cáo chiêu an, nhân dân ở đâu yên ở đấy, chợ búa vẫn họp bình thường.
Lê Quý Đôn, với tư cách thành viên của đoàn quân chiến thắng của Đàng Ngoài, ca ngợi chiến công này rằng: "Nhân dân Phú Xuân không ngờ hơn hai trăm năm nay, lại được thấy uy nghi của triều đình".
Về chúa Nguyễn Phúc Thuần, bị Hoàng Đình Thể đem thủy quân đuổi miết, đành bỏ thuyền theo đường núi chạy trốn, qua đèo Hải Vân, ẩn nấp trong chùa 3 ngày, mọi người đi theo tan trốn dần dần, quân sĩ vì mãi tranh lấy của báu không đuổi theo nữa, chúa Nguyễn mới chạy vào Quảng Nam với Tả tuớng quân là Nguyễn Hữu Du vào đặt đồn đóng quân tại đó. Đó cũng là lần từ giã Phú Xuân của vị chúa Nguyễn áp chót này.