Năm Canh Thân (1800), các thủ lĩnh Tây Sơn lẫn chúa Nguyễn đều tăng cường binh lực. Lược kể theo sách Việt sử tân biên:[5]

Khi ấy, thành Bình Định bị quân Tây Sơn uy hiếp rõ rệt, Võ Tánh, tướng chúa Nguyễn, chỉ còn biết cố thủ. Ngoài cửa Thị Nại, phía Tây Sơn cho bố phòng cẩn thận. Bên chúa Nguyễn, để Hoàng tử Cảnh ở lại giữ Sài Côn, chúa Nguyễn Phúc Ánh cùng Thế tử Hy[6] ráo riết chuẩn bị chiến dịch Bắc tiến. Cùng theo dự trận còn có ba sĩ quan người Pháp là Vannier (tên Việt là Nguyễn Văn Chấn) điều khiển tàu Phượng phi (Le Phénix), Chaigneau (Nguyễn Văn Thắng) điều khiển tàu Long phi (Le Dragon) và De Forsans (Lê Văn Lăng) điều khiển tàu Bằng phi (L’Aigle).

Theo giáo sĩ Le Labousse, bộ binh của chúa Nguyễn có tới tám ngàn người thiện chiến, thủy quân thì vượt hẳn thủy quân của các nước Âu Châu đang đồn trú tại Ấn Độ lúc bấy giờ. Ngoài 4 chiến hạm,[7] chúa còn có 40 chiếc làm theo kiểu bản xứ trong số đó có 5 chiếc mang được mỗi chiếc 46 khẩu đại bác, 18 chiếc khác mang được từ 20 đến 26 khẩu. Các chiến thuyền chèo bằng tay có tới 100 chiếc lớn và 200 chiếc nhỏ để chiến đấu trên các mặt sông. Tháng tư (âm lịch), chúa Nguyễn ra tới Nha Trang (24 tháng 5 - 24 tháng 6). Để Thế tử Hy ở lại Diên Khánh, còn chúa thì cho tướng sĩ đi đánh chiếm Phú Yên, rồi sai lập nhiều kho lương ở đây.

Theo sử của C.B.Maybon thì khi ấy một lực lượng quân Lào khá quan trọng xâm nhập vào Nghệ An, dưới sự chỉ huy của tướng Nguyễn Văn Thụy và Lưu Phúc Tường đi đánh úp quân Tây Sơn. Lực lượng này được sự hưởng ứng của những người dân ở hai tỉnh Thanh Hóa và Hưng Hóa khiến quân Tây Sơn ở các vùng biên giới bị cầm chân... Ngoài ra, chúa Nguyễn lại còn được Cao Miên viện trợ cho 20 cặp voi trận, giao cho Nguyễn Văn Thành sử dụng. Miền Nam bấy giờ được mùa, Đông cung Cảnh sau vụ gặt cứ 10 xuất đinh tuyển lấy 3 để sung vào quân ngũ được thêm khoảng 10.000 người, đóng thêm 50 chiến thuyền nữa.

Mặc dầu quân Nguyễn đã được chuẩn bị kỹ càng và đông đảo như vậy, nhưng vẫn không giải vây cho thành Bình Định được. Quân thế của Võ Tánh ở đây mỗi ngày mỗi nguy. Viện quân bằng bộ binh, thủy quân mấy phen tấn công vào Thị Nại đều vô hiệu.

Sử gia Trần Trọng Kim kể:

Nguyễn Vương được tin quân Tây Sơn ra vây thành Bình Định, liền cử đại binh ra cứu viện, sai Nguyễn Văn Thành đem Lê Chất, Nguyễn Đình Đắc, Trương Tiến Bảo, chia ra làm ba đạo ra đánh lấy đồn Hội An ở Phú Yên, rồi kéo ra đánh ở Thị Dã (thuộc Bình Định). Nguyễn Vương đem thủy binh ra đến Quy Nhơn đóng thuyền ở ngoài cửa Thị Nại. Bấy giờ quân bộ của Nguyễn Văn Thành và quân thủy của Nguyễn Vương không thông được với nhau, cho nên sự cứu viện không có công hiệu gì cả.[8]

Trích thêm thư của sĩ quan Chaigneau gửi cho Barisy:

Trước đây chưa trông thấy địch (Tây Sơn), tôi có ý khinh thường, nhưng bây giờ mới biết là mình lầm. Thật vậy, quân của Tây Sơn đã là một phòng tuyến không sao vượt được. Bây giờ thời tiết lại xấu, binh sĩ bịnh tật nhiều. Lính Gia Định và Cao Miên phải trả về nguyên quán, những quân tướng về hàng trước đây trở lại với chủ cũ, tình thế thật nguy vô cùng... Không giải tỏa nỗi thành Bình Định, tình trạng này kéo dài luôn một năm khiến chúa Nguyễn vô cùng bực tức.[9]