Trận chiến ở thành Phú Xuân
Không lâu sau quân Tây Sơn kéo đến sát thành Phú Xuân. Đạo thủy quân của Vũ Văn Nhậm chỉ huy tới cửa biển thì gặp một tàu Bồ Đào Nha. Tàu này vốn của thương nhân thường tới làm ăn tại Phú Xuân nên họ ủng hộ Phạm Ngô Cầu chống Tây Sơn. Quân Tây Sơn bèn bao vây đốt phá tàu, thuyền trưởng và các sĩ quan người Bồ Đào Nha bị quân Tây Sơn quăng xuống biển. Tàu bị đốt cháy, được phá làm từng mảnh dùng làm cầu phao, còn các thủy thủ được Tây Sơn thu dụng
Thắng tàu Bồ Đào Nha, thủy quân Tây Sơn theo sông Hương áp sát thành, trong khi đó bộ binh Tây Sơn cũng tiến đến vây thành.
Trong thành, Phạm Ngô Cầu bàn nên hàng, còn Hoàng Đình Thể muốn đánh. Vì quận Thể quyết chiến, quận Tạo để quận Thể mang quân nghênh chiến, còn mình giữ thành.
Hoàng Đình Thể mang quân lên mặt thành chống cự, tập trung pháo bắn xuống dữ dội. Bộ binh Tây Sơn bị pháo bắn phải giãn vòng vây lùi ra xa. Nguyễn Huệ điều quân bộ lên thuyền thủy binh ở bờ sông Hương, dùng đại bác bắn lên thành chống lại pháo quân Trịnh, nhưng từ mặt nước lên mặt thành quá cao (hơn 2 trượng) nên đại bác Tây Sơn bắn không tới. Một chiến thuyền Tây Sơn bị bắn chìm
Nguyễn Huệ buộc phải hạ lệnh cho quân Tây Sơn ngưng chiến. Lúc đó là tháng 5 đang mùa nước lũ. Thông thường ban ngày mực nước sông Hương thấp, tới đêm nước dâng cao. Biết quy luật nước lên xuống, Nguyễn Huệ bèn đổi chiến thuật không đánh ban ngày mà đánh ban đêm[18].
Đêm ngày 20 tháng 5 âm lịch tức 15 tháng 6 năm 1786, nước dâng ngập chân thành Phú Xuân. Nguyễn Huệ hạ lệnh tiến công. Thủy quân Tây Sơn tiến đến nã pháo vào trong thành. Hỏa lực quân Trịnh mất tác dụng. Hoàng Đình Thể không thể dùng pháo binh chống lại quân Tây Sơn được nữa, phải cùng các con và thuộc tướng Vũ Tá Kiên mở cửa thành ra nghênh địch[4][18].
Đánh nhau được 1 canh giờ, Hoàng Đình Thể thuốc súng và đạn đều hết, bèn sai người vào thành xin tiếp viện, nhưng Phạm Ngô Cầu đóng cửa thành không cứu viện. Đình Thể cùng hai người con và tì tướng là Vũ Tá Kiên dựa vào thành lũy để bày trận, đem hết sức lực chiến đấu. Nhưng trong lúc quận Thể đang chiến đấu thì trên mặt thành, quận Tạo đã kéo cờ trắng xin hàng. Hai người con quận Thể phóng ngựa ra trận, ngựa bị què, bèn xuống ngựa đánh bộ, bị trọng thương, chết tại mặt trận. Đình Thể cùng Tá Kiên lần lượt tử trận
Nguyễn Huệ thúc quân ồ ạt tiến lên chiếm thành. Ngô Cầu mở cửa thành xe quan tài ra hàng, đốc thị Nguyễn Trọng Đang chết ở trong đám loạn quân. Thuận Hóa thuộc về Tây Sơn.
