Rằm tháng Giêng năm Tân Dậu 1801, tướng Nguyễn Văn Thành mang theo 1200 quân bí mật đổ bộ lên bờ, tiến đánh các hải đồn của Tân Sơn (rất nhiều sách sử ghi là Lê Văn Duyệt chỉ huy đạo quân này, riêng tôi thì ủng hộ nguồn nhận định của sử gia Huỳnh Minh – ông cho rằng cánh quân này phải do tướng Nguyễn Văn Thành chỉ huy, do lúc này Lê Văn Duyệt chỉ huy lực lượng hải quân). Các hải đồn này chính là nơi xuất phát của các hải pháo rất nguy hiểm khiến chiến hạm của nhà Nguyễn thiệt hại nặng nề trước cả khi giáp chiến với các chiến hạm của Tây Sơn. Nhiệm vụ của nhánh quân này là hạ các hải đồn trên bộ của Tây Sơn – cơn ác mộng của các chiến hạm khi tiến vào cửa Thị Nại và sau đó là chặn nhánh quân tiếp viện từ bộ của Trần Quang Diệu.
Cánh quân thủy được chỉ huy trực tiếp bởi Nguyễn Ánh, dẫn đầu là nhóm các chiến thuyền tiên phong của tướng Nguyễn Văn Trương, Tống Phúc Lương. Yểm trợ phía sau là hạm đội chủ lực chỉ huy bởi Lê Văn Duyệt và Võ Duy Nghi.
…
Sau khi đã áp sát được các hải đồn này, Nguyễn Văn Thành cho khai hỏa, cùng lúc đó toàn bộ hạm đội của nhà Nguyễn được lệnh tổng tấn công.
Ngoài biển, nhánh quân tiên phong của tướng Nguyễn Văn Trương cũng chặn bắt được thuyền tuần tra của Tây Sơn do Đô ty Nguyễn Văn Độ chỉ huy và từ đó khai thác để lấy được mật lệnh. Nhờ mật lệnh này Nguyễn Văn Trương đã cải trang đội chiến thuyền của mình thành tàu chiến của Tây Sơn và vượt qua cửa phòng thủ tiến sâu vào bên trong đốt phá. Chính 2 nhánh quân thủy bộ này là chìa khóa quan trọng để đảo ngược thế cờ tại Thị Nại.
Đô đốc Võ Văn Dũng đang trấn giữ ngay cửa biển thì thấy phía sau bị đốt phá liền đổi hướng 3 đại chiến hạm Định Quốc quay vô tiếp cứu. Lúc này hạm đội chủ lực của Lê Văn Duyệt và Võ Duy Nghi được lệnh tổng lực tấn công vào mặt trước.
Tuy đã bị 1200 quân vây đánh dữ dội, nhưng các hải đồn của Tây Sơn vẫn liên tục nã hải pháo xuống các chiến thuyền của nhà Nguyễn đang lao nhanh vào cửa biển. Và một trong những hải pháo này đã khiến tướng Võ Duy Nghi tử trận tại chỗ, thấy chủ tướng tiên phong của mình tử trận, viên tướng điều khiển chiến hạm hoảng hốt dừng lại. Lê Văn Duyệt thấy vậy liền cho chém ngay viên tướng đã thiếu can đảm và đốc quân bất chấp mưa tên lửa đạn lao tiếp lên trên.
Bị áp đảo cả mặt trước và mặt sau, 3 đại chiến hạm “Định Quốc” của Tây Sơn lần lượt bị hạm đội của Gia Định bắn chìm. Thấy 3 soái hạm chỉ huy của mình bị hạ, các chiến hạm Tây Sơn ở phía sau thoáng một phút chần chừ, nhưng tất cả đã muộn, hạm đội của nhà Nguyễn tràn vô dùng hỏa công liên tục bắn phá các mục tiêu. Do đã tính toán kỹ từ trước, nhờ thuận hướng gió nên hỏa công của nhà Nguyễn phát huy tác dụng tối đa, lửa cháy phần phật từ thuyền này lan sang thuyền kia.
Cả Thị Nại sáng rực trong ánh lửa và chìm ngập trong tiếng đại pháo cũng như tiếng reo hò rầm trời của binh sĩ hai bên.