Tháng 9 năm 1426, Lê Lợi kéo đại quân ra bắc, quân Lam Sơn liên tiếp thắng trận, đánh tan các đạo viện binh của Vương An Lão và Vương Thông, đẩy quân Minh vào thế phòng thủ ở Đông Quan và các thành ở Bắc Bộ. Trong thời gian đó, Nguyễn Chích được giao việc vây thành Nghệ An. Sau đó ông được Lê Lợi điều ra bắc, giữ chức tổng tri Hồng châu và Tân Hưng.

Đầu năm 1427, ông cùng tướng Bùi Quốc Hưng mang quân bao vây, hạ thành Tiêu Diêu (Gia Lâm, Hà Nội) và Thị Cầu (Bắc Ninh), quân Minh trong hai thành này phải mở cửa ra hàng.

Sau khi các tướng vây thành Đông Quan là Đinh Lễ, Lý Triện tử trận và Nguyễn Xí cùng Đỗ Bí bị bắt khi quân Minh đánh úp từ trong ra, Lê Lợi điều ông về vây mặt nam thành này.

Cuối năm 1427, viện binh của Liễu Thăng và Mộc Thạnh lại sang cứu Vương Thông. Nguyễn Chích cùng Phạm Văn Xảo, Trịnh Khả, Lê Khuyển lên trấn ải Lê Hoa để chặn Mộc Thạnh. Nghe tin đạo quân Liễu Thăng bị tiêu diệt, Mộc Thạnh rút quân về nước. Quân Lam Sơn đuổi theo truy kích một trận nữa.