Năm 1786, sau khi đánh bại chúa Nguyễn, Tây Sơn tổ chức tấn công ra Thuận Hóa. Bắc Hà nhiều năm quen nghỉ ngơi không quen chiến tranh, tướng Phạm Ngô Cầu giữ Phú Xuân là chểnh mảng việc phòng ngự nên thành Phú Xuân nhanh chóng bị tướng Tây Sơn là Nguyễn Huệ đánh chiếm.

Nguyễn Huệ nghe theo hàng tướng Bắc Hà là Nguyễn Hữu Chỉnh, bèn mang quân vượt sông Gianh đánh ra bắc. Các tướng Trịnh lơ là, tinh thần chiến đấu bạc nhược nên nhanh chóng bị bại trận và mất Thanh Hóa, Nghệ An và Sơn Nam. Quân Tây Sơn rầm rộ tiến ra Thăng Long.

Nghe theo lời Nguyễn Lệ, Trịnh Khải triệu Hoàng Phùng Cơ ở Sơn Tây về, sai làm tiền bộ. Lúc đó Phùng Cơ chỉ có 500 quân[4], cùng 8 người con dẫn quân lính bản bộ đến. Trịnh Tông giúp cho Hoàng Phùng Cơ 5000 lạng bạc mộ được hơn 1000 quân lính cũ. Ông dàn quân đóng ở hồ Vạn Xuân cùng chúa Trịnh phòng thủ cho kinh thành.

Sáng ngày 21 tháng 7, quân Tây Sơn tiến đến. Cánh quân Trịnh phòng thủ Thúy Ái nhanh chóng bị tiêu diệt. Quân Tây Sơn tiến tới hồ Vạn Xuân. Toán quân của Hoàng Phùng Cơ không kịp dàn thành hàng ngũ, bỏ chạy tan vỡ tứ tung. Thuộc tướng là Mai Thế Pháp bị quân Tây Sơn vây sát, nhảy xuống sông; chỉ còn một mình Phùng Cơ cùng 8 người con dẫn vài chục thủ hạ cố sức chiến đấu. Thủ hạ và 6 người con đều bị tử trận, Hoàng Phùng Cơ cùng 2 người con cướp lấy đường mà chạy về Sơn Tây.

Quân Trịnh bị quân Tây Sơn đánh bại. Chúa Trịnh Tông tự sát. Nguyễn Huệ tiến vào Thăng Long.