Sau khi kinh đô Phú Xuân thất thủ vào ngày 3 tháng 5 năm Tân Dậu (1801), vua Tây Sơn là Cảnh Thịnh (Nguyễn Quang Toản) bỏ chạy ra Bắc Hà. Tháng 6, vua đổi niên hiệu thành Bảo Hưng, năm Cảnh Thịnh thứ 9 thành Bảo Hưng năm đầu, xuống chiếu nhận lỗi, an dân, đồng thời để chiêu tập thêm binh mã.

Tháng 8 (âm lịch) cùng năm, Nguyễn Quang Thùy (anh cùng cha khác mẹ với vua cảnh Thịnh) nhận lệnh đem quân vào giữ Nghệ An.

Sau khi truyền hịch đi các trấn lấy quân, đến tháng 11 (âm lịch), thì nhà vua đã có trong tay non 3 vạn lính (gồm quân 4 trấn xứ Bắc và quân Thanh Hóa, Nghệ An). Giao Bắc thành cho hai em là Nguyễn Quang Thiệu và Nguyễn Quang Khanh coi giữ, vua Bảo Hưng tự mình đem hết số quân trên, vượt sông Gianh (tức sông Linh Giang) vào Quảng Bình. Cùng lúc đó, với hơn 100 chiếc chiến thuyền, thủy quân Tây Sơn cũng được lệnh vào trấn giữ cửa Nhật Lệ. Ngoài ra, hỗ trợ lực lượng này còn có 5.000 quân của Trần Quang Diệu và Bùi Thị Xuân.

Trước đây, cũng vì e quân Tây Sơn ở Thăng Long vào cứu Quy Nhơn, nên vào tháng 7 cùng năm trên, chúa Nguyễn Phúc Ánh đã đến Đồng Hới thăm lũy Trấn Ninh, duyệt lại số quân, trọng pháo và lương thực; rồi chia đi các nơi hiểm yếu. Riêng ở sông Gianh, chúa Nguyễn cho một hạm đội có lục quân yểm trợ đến canh phòng. Ngoài ra, chúa còn gọi thêm quân ở các nơi khác tới tăng cường cho mặt trận Quảng Bình.