Tháng 5 năm 1801, Nguyễn Ánh lấy được Phú Xuân, vua Quang Toản chạy ra Bắc. Đến ngày 2 tháng 5 năm 1802, Nguyễn Ánh lên ngôi vua, lấy niên hiệu là Gia Long. Ngay cuối tháng này, ông tiến quân ra Bắc.
Sách Đại Nam thực lục, Chính biên, quyển Đệ nhất, chép: “Ngày 21 tháng 5 (âm lịch), sai Chưởng Trung quân bình Tây đại tướng quân Nguyễn Văn Trương lãnh thủy binh, Chưởng Tả quân Bình Tây tướng quân Lê Văn Duyệt và Chưởng Hậu quân bình Tây tướng quân Lê Chất lĩnh bộ binh đi trước, sai Quốc thúc quận công Tôn Thất Thăng cùng Đô thống chế dinh Túc trực Nguyễn Văn Khiêm, tả Tham tri bộ Hình Nguyễn Đăng Hựu ở lại giữ Phú Xuân”.
1. Khi ra đến Thanh Hoa, nhà vua “dạo xem hình thế núi sông rồi vời người già ở làng Bố Vệ (thuộc huyện Đông Sơn, nay là phường Đông Vệ, thành phố Thanh Hóa) hỏi về sự tích cũ miếu nhà Lê. Những người dòng dõi họ Lê tranh nhau đem trâu rượu đến lạy mừng. Vua yên ủi rồi cho về”.
Nhân dịp này, nhà vua cho hoãn binh dao tô thuế cho trấn Thanh Hoa. Chiếu rằng: “Thanh Hoa là ấp thang mộc của trẫm. Nay mới khôi phục, nghĩ đất căn bản cần phải vỗ về nuôi nấng trước, nên đặc biệt chuẩn cho phàm binh dao tô thuế đều hoãn, gọi dân trở về để đều yên nghiệp làm ăn, cùng nhau hưởng phúc thái bình”.
Tại Thanh Hoa, vua phong cho Nguyễn Đức Xuyên tước Quận công, lãnh chức Đốc trấn Thanh Hoa. Lúc này, Chưởng Tả quân Lê Văn Duyệt tiến đánh lấy được đồn Tam Điệp (Ba Dội), chiếm trấn Thanh Hoa ngoại (tức tỉnh Ninh Bình ngày nay). Vua Gia Long tiếp tục tiến ra đến trấn Thanh Hoa ngoại, phát tiền kho chia cho các quân, sai Phạm Văn Nhân ở lại trấn giữ trấn này.
Ngày 17.6, vua Gia Long ra đến trấn Sơn Nam thượng (nay thuộc Hà Nội). Đô đốc nhà Tây Sơn là Lê Văn Hòa, Hiệp trấn là Tín đầu hàng. Ngày 21.6 âm lịch (tức 20.7.1802), xa giá đến thành Thăng Long. Lúc này vua Tây Sơn là Nguyễn Quang Toản đã bỏ thành chạy trước cùng với em là Quang Thùy, Quang Duy, Quang Thiệu và Tư mã Nguyễn Văn Dụng, Nguyễn Văn Tứ qua sông Nhĩ Hà đến sông Xương Giang (thuộc tỉnh Bắc Ninh), đêm trú ở chùa Thọ Xương, bị dân bản địa đánh cướp, quân đi theo đều tan. Quang Thùy tự thắt cổ chết; Quang Toản, Quang Duy, Quang Thiệu, Văn Dụng, Văn Tứ bị thôn dân bắt được, bàn giao cho quân của Tả quân Lê Văn Duyệt, đóng cũi đưa về Thăng Long.
Từ lúc này, vua Gia Long chính thức dành chiến thắng trong cuộc chiến với Tây Sơn, thu phục tất cả 14 trấn, 47 phủ, 187 huyện, 40 châu ở Bắc Hà.
2. Sử sách nhà Nguyễn chép, khi vua Gia Long đến Thăng Long “nghe tin xa giá đến, nhân dân đều đặt án đốt hương để đón, xa gần dắt cõng nhau đến xem, đông như tường đứng. Chợ không thay đổi cửa hàng, làng xóm yên ổn, nhân dân đều mừng lại thấy cảnh tượng thái bình”.
Vua dừng lại ở Thăng Long, ngự ở điện Kính Thiên (do nhà Lê dựng), bầy tôi chầu mừng. Vua xuống chiếu dụ dân Bắc Hà rằng: “Nay đại binh tới đâu, chỉ giết những giặc đầu sỏ, còn người nào bị ép phải theo thì đều tha, nên cứ ở yên như cũ. Những kẻ có nhận quan chức của giặc (nhà Tây Sơn) ra thú thì được miễn tội, gần thì hạn 3 ngày, xa thì hạn 5 ngày. Nếu quá hạn mà không ra thú, bị người ta bắt được thì làm tội. Những tàn quân của giặc mang theo binh khí trốn về thì lập tức phải đến cửa quân trao nộp, nếu cất giấu thì xử theo quân pháp”.
Để cai trị các trấn Bắc Thành, vua Gia Long đặt mỗi trấn đặt một trấn thủ, dùng chức thống chế, chưởng cơ, cai cơ cho làm, và một hiệp trấn, một tham trấn. Các trấn gồm: Sơn Nam thượng, Sơn Nam hạ, Sơn Tây, Hải Dương, Kinh Bắc, Lạng Sơn, Hưng Hóa, Thái Nguyên, Yên Quảng, Cao Bằng, Tuyên Quang.