Sau khi đứng vững ở căn cứ, Nguyễn Nhạc quyết định đánh thành Quy Nhơn, một trọng trấn của Đàng Trong, vốn xưa là kinh thành Đồ Bàn của nước Chiêm Thành cũ. Quy Nhơn là trung tâm của khu vực Nam Trung bộ, nếu làm chủ Quy Nhơn có thể làm chủ cả khu vực này.

Để đánh chiếm thành, Nguyễn Nhạc đã vận dụng mưu kế rất táo bạo. Ông tự ngồi vào cũi cho quân lính khiêng tới thành Quy Nhơn nộp cho tướng giữ thành là Nguyễn Khắc Tuyên, giả làm quân lính phản Tây Sơn, bắt tướng "giặc" về hàng với Chúa Nguyễn. Khắc Tuyên tin là thật nên cho quân áp giải Nguyễn Nhạc vào. Nửa đêm, quân Tây Sơn trá hàng mở cũi cho Nguyễn Nhạc, ông cùng binh lính nổi dậy phối hợp với quân ngoại viện từ ngoài ùa vào đánh chiếm thành Quy Nhơn. Nguyễn Khắc Tuyên vội bỏ cả gia đình và ấn tín chạy trốn.

Từ Quy Nhơn, Nguyễn Nhạc tiến ra đánh chiếm Quảng Ngãi. Sau đó ông đem quân vào đánh Phú Yên. Đến cuối năm 1773, quân Tây Sơn thắng như chẻ tre, nhanh chóng chiếm được Phú Yên, Diên Khánh, Bình Khang, Bình Thuận, quân Nguyễn phải rút vào Nam bộ. Quân Tây Sơn làm chủ vùng đất Quảng.