李自成对孙传庭出关作战，早就作了准备。他先是派兵进入河南，预作准备，接着又亲率大军北上河南，寻机反击、歼灭孙传庭。
孙传庭于八月上旬进驻洛阳。当时有谋士劝孙传庭修缮洛阳城，储粮，屯田，以作进战退守之计。白广恩也请驻兵分据要害，步步为营，依次推进。可是孙传庭却怕贻误战机，不肯采用，而是急于决战，轻率冒进。
这正中了李自成的圈套！
李自成见孙传庭来势凶猛，便故意示弱，诱敌深入。当时他已从邓州移兵至襄城和郏县之间相待。
九月十二日，孙传庭部攻陷宝丰，并于十四日推进到郏县境内。李自成亲率万骑迎战，孙传庭部白广恩、高杰进击，其前锋杨绳祖、王龙等原是罗汝才部下，此时见到李自成，个个心怀仇恨，奋勇向杀，竟擒获了李自成部下、果毅将军谢君友，砍下了李自成的坐纛，攻陷了郏县。
同时，郧阳道高斗枢与惠登相合兵，在湖广配合孙传庭作战，在八月攻占光化，九月攻下谷城，进逼襄阳。游击折曾修，奔袭了李自成部在唐县的老营，掳其辎重，杀其妻子。
这些捷报不断传来，令孙传庭兴奋不已。他急报朝廷邀功，并口出狂言说，“贼闻臣名皆溃！臣誓清洗豫，不以一贼遗君父忧。”
崇祯帝得报后更是欣喜若狂。他拿着奏疏令大臣们传阅，连说贼灭亡在旦夕！他甚至还传谕吏、工、兵三部，速速配合孙传庭以取得最后胜利，并着手安排善后事宜。只有兵部尚书冯元飙看出了问题，深感大祸即将来临。他说，“贼兵故意以羸弱诱我，不可不忧。”这些话着实让崇祯帝扫兴。
但冯元飙之担心，不幸很快就变成了现实。
先是丘之陶被斩，内应顿失。丘之陶谎报军情，说左良玉已率兵攻打襄阳，试图令李自成从河南前线抽调兵力回去救援。未料李自成早已侦知其中奥秘，斩杀了丘之陶。
接着又是粮道被断。孙传庭部孤兵深入，后方供应难以维持。连下了六天的大雨，更是令运输艰难。兵卒们个个饥瘦不堪。李自成获内线密报后，一面令坚壁清野，一面令刘宗敏率轻骑间道飞驰至汝州白沙，抄绝孙传庭的粮道。
官兵军心大震，开始骚乱。
孙传庭急令陈永福率豫兵留守兵营，自己率陕西兵分路撤退，决心打通粮道。豫兵不服，也随之溃退。农民军则乘势猛攻，杀得官军人仰马翻。此役孙传庭部被杀四万余人，损失甲仗马骡数十万，最后孙传庭和高杰仅率数千人北渡黄河，绕道山西垣曲县而至潼关，与白广恩会合。
崇祯帝接到败报后，十分震怒，下令削去孙传庭督师、尚书之职，但仍令其以陕西总督的身份收拾余兵固守潼关。不久，又升白广恩为援剿总兵官，挂**寇将军印，拨给兵员三万，与孙传庭一道守关，以阻李自成部进入陕西。但此时的孙传庭、白广恩，哪里还能守得住潼关呢？
十月初，李自成、刘宗敏统率主力，进攻潼关，同时遣偏师由河南邓县取道商洛地区，进攻陕西，约定在西安会合。
孙传庭当时令高杰、白广恩分驻关外，自己则坐镇关城。
十月初六日，李自成部发动进攻，高杰、白广恩先后溃退，潼关也随即失守。
孙传庭收兵渭南，企图固守。农民军乘势再攻，渭南城破。孙传庭及监军乔元柱被杀（一说两人是死在潼关的）。
李自成于十月初十日再下临潼，并于次日抵达西安城下。
西安是秦王封地。秦王朱存枢富甲天下，是有名的富藩。户部尚书倪元璐曾向崇祯帝建议，让秦王拿出财产来助饷，说与其今后让贼寇拿去，还不如趁早用于享军。崇祯帝没有答应。此时陕西巡抚冯师孔退守西安，城中已无兵可用，便留下了途经西安的五千四川兵守城。官员们劝秦王出点银子，置些棉衣犒军，一来可给士卒防寒，二来也可激励士气。未料秦王竟一口拒绝。
守城副将王根子十分不满，竟约农民军献城。十月十一日，王根子依约大开东门，农民军一拥而入，一举占领西安。巡抚冯师孔、按察使黄、知府简仁瑞、知县吴从义等被杀。
西安被占，不知崇祯帝是否有预感？据说在崇祯十一（1638）年正月，崇祯帝在平台召见群臣时，诏百官起大数问天下事，仙降云：
九九气运迁，泾水河边，渭水河边，投秦入楚闹幽燕。
兵过数番，抢夺公卿入长安。
军苦何堪，民苦何堪，父母妻子相抛闪。
家家皇天，人人皇天，大水灌魏失秦川。
流寇数载即息，红顶又将发烟。
虎兔之间干戈乱，龙蛇之际是荒年。
此中，“大水灌魏”应指开封被灌，“失秦川”当是西安被占，“红顶”则指清兵。至此，前面的两事已经应验，而清兵入关也为时不远了。
崇祯帝这一赌可以说是输得精光。他寄予厚望的孙传庭就这样凄惨而去，也带走了他最后的几许希望。在开始时，崇祯帝坚决不信孙传庭已死，因为孙传庭的尸体始终没有找到。他下令不予赠荫、哀悼。当孙传庭战死的消息最终被证实后，崇祯帝不禁悲痛之极。
秦中二帅，曾是崇祯帝最倚重的大臣，而其结局却是如此不同。当初洪承畴明明已降清朝，崇祯帝却匆匆立祠、赠荫、追恤，弄得好不尴尬。而现在孙传庭确实战死，且尸骨无存，崇祯帝却坚信其未死，竟不许赠荫、哀悼。不过，他们俩有一点是共同的，即他们都曾是崇祯帝的救命稻草。
正当崇祯帝在痛惜孙传庭之死时，李自成在陕西却展开了强大的攻势。
李自成亲率后营李过部和左营刘芳亮部，向北追击高杰。高杰曾是李自成部属，当年拐走了李自成的妻子，降了朝廷，反过来与农民军作战。李自成岂能轻易放过他？！
高杰自知罪孽深重，一旦被抓获，肯定没有活路，于是先从潼关退回陕北。当李自成大兵追来时，他又乘黄河结冰而奔山西。后来李自成东征山西时，他又往南狂逃，一直逃到南京附近。到弘光朝时，他居然又成了史可法手下四大将领之一。他真是命大！
李自成于十一月到达延安。虽然他未能捉住高杰，报夺妻之仇，但在军事上却很是顺手，沿途州县纷纷投降，未花什么气力。当他从延安北上榆林时，他还顺路回到米脂，也算是衣锦还乡。一年多前，其祖坟被掘，李自成此次回来，自然要重修祖坟，致祭追悼，还杀了一个参与伐墓的乡绅，算是报了仇。可惜其祖父、父亲的遗骨已被焚烧扬弃，再也找不回来了。他还到处寻找自己的族人，赠金封爵。甚至还改换了家乡的名称，大概是免得今后称帝时再去改动。于是，延安府被改成天保府，米脂县为天保县，清涧县则为天波府。这一改，果然响亮多了！
李自成一路风光，没想到在榆林却遇到了麻烦。榆林是明朝“九边”之一，居民多隶军籍，以当兵为职业。在与农民军对阵的边将边兵中，就有很多来自榆林。双方打了十几年，仇怨也结深了。大概李自成也想到了这点，所以在劝降的同时，又令李过、刘芳亮率七余万大军作好准备，如果一旦劝降失败，就以武力解决。
榆林人自然不肯降。尽管总兵王定临阵脱逃，但榆林人仍在兵备副使都任、督饷员外郎王家禄，以及卸任里居的总兵尤世威等人的率领下，坚守城池，血战七昼夜，甚至连妇女、孩子也纷纷上城参战。城被攻陷后，满城无一人投降。这在明末是少见的。
其他各路兵马也很顺手。汉中、巩昌等府迅速被克。固原（陕西镇所在地）、宁夏镇也相继投降。只有贺锦在收服甘肃、西宁时遇到麻烦。
贺锦于十一月率兵西征，不久便攻克兰州，杀肃王。然后又于十二月攻占甘州（今张掖），杀甘肃巡抚林日瑞、总兵马等。而另一支由鲁文彬率领的军队在进攻西宁时，被当地土司击败，鲁文彬也被杀。贺锦驰援西宁，却被伪降的土司带入伏击圈而被杀。其部众悲愤之下，猛攻西宁城，最后攻克西宁，为贺锦报了仇。不过这已是第二年正月的事了。
至此，李自成已是如日中天了。在长江之北，他已占半壁江山。而在军事上，他更是占有绝对优势。一统天下，似乎也是指日可待。
而大明朝的日子就相当难过了。在长江之北，李自成已成横扫天下之势，打得朝廷根本无力还手，甚至连招架之功都没有。在长江之南，张献忠已占据湖南，并准备向十分空虚的四川进发，四川肯定将成他囊中之物。而在山海关外，蒸蒸日上的清朝正虎视眈眈，伺机收拾残局。
大明朝气数将尽了。
既然旧朝将去，那么新朝就应先立。李自成准备建朝立国了。