Đó là giai đoạn quân nhà Lê (vua Lê Thế Tông) từ Thanh Hóa đã lớn mạnh, chiếm thế cân bằng và dần chiếm ưu thế trước quân của vua Mạc Mậu Hợp. Từ năm 1583, “Đại Việt sử ký toàn thư” cho biết quân nhà Mạc không còn dám vào xâm lấn đất Thanh Hóa nữa. Chúa Trịnh Tùng từ đó nhiều lần đem quân ra đánh các huyện Gia Viễn, Yên Mô, Nho Quan thuộc Ninh Bình ngày nay. Năm 1585, Trịnh Tùng đánh ra đến các vùng Mỹ Đức, Thạch Thất, Quốc Oai (Hà Nội ngày nay).
Đến năm 1587, ngay từ đầu năm, tháng Giêng, nhà Mạc cho sửa chữa tầng ngoài của thành Thăng Long và đắp thêm lũy đất để tăng cường phòng thủ. “Toàn thư” thì ghi là “tháng 2, họ Mạc hạ lệnh cho các xứ trong nước phải đắp lũy đất và trồng tre, trên từ sông Hát (sông Đáy), đến sông Hòa Đình huyện Sơn Minh (vùng Ứng Hòa ngày nay) dài vài trăm dặm, để đề phong quan quân (nhà Lê) đến”.
Sử nhà Nguyễn, bộ “Khâm định Việt sử thông giám cương mục” bổ sung rằng, trên suốt dải lũy vài trăm dặm này, nhà Mạc bắt “đâu đấy đều trồng tre và cây để phòng ngừa quan quân kéo ra”.
Đến năm 1588, cũng vào tháng Giêng, nhà Mạc tiếp tục đắp thêm lũy đất ở ngoài thành Đại La. Theo “Toàn thư” thì nhà Mạc thấy quan quân (nhà Lê) ngày một mạnh, bèn hạ lệnh cho quân và dân ở tứ trấn đắp thêm ba lần lũy đất ở ngoài thành Đại La: Bắt đầu từ Nhật Chiêu (Nhật Tân ngày nay) qua Tây Hồ, suốt Cầu Dừa đến Thanh Trì tới sát phía Tây Bắc sông Hồng; thân lũy cao hơn thành Thăng Long đến vài trượng, rộng 25 trượng (mỗi trượng bằng 4 mét, bề rộng 25 trượng bằng 100 mét, có lẽ là kể gộp cả ba lần lũy). Ngoài ra, giữa các lớp lũy đất còn có ba lần hào. Lũy nào cũng trồng tre và cây, tất cả chiều dài của lũy có đến vài mươi dặm.
Năm 1592, vào ngày mùng 3 tháng Giêng, Trịnh Tùng đem đại quân tấn công thành Thăng Long. Trước khi xuất quân, Trịnh Tùng lập đàn, tế cáo trời đất và các vua Lê Thái Tổ, Lê Thái Tông, thề xin diệt giặc để phục thù. Khi đại quân kéo đến bờ phía Tây Ninh Giang (gần chùa Trầm), Trịnh Tùng ra ba điều buộc quân lính phải tuân giữ: Không được tự tiện vào nhà nhân dân mà hái rau, kiếm củi; Không được cướp của cải, đồ vật và đẵn cây cối; Không được hiếp phụ nữ và giết người vì thù riêng. Kẻ nào vi phạm những điều cấm trên đây, sẽ trị theo quân luật.
Ba quân nghe theo lệnh, nghiêm chỉnh đội ngũ trẩy đi. Quân trẩy đến đâu, nhân dân vẫn an cư ở đó, nên tranh nhau đem rượu và trâu bò đến đón quan quân. Khi quân nhà Lê trẩy đến chùa Thiên Xuân (huyện Thanh Oai), chúa Mạc là Mậu Hợp sợ hãi, bỏ thành Thăng Long, qua sông Hồng, đóng ở xã Thổ Khối, Gia Lâm để các đại tướng ở lại chia nhau đóng giữ các cửa thành Thăng Long.
Quân nhà Lê qua sông Tô Lịch, đến cống Mọc, đóng quân ở Xạ Đôi (Gò tập bắn, ở Giảng Võ ngày nay), Trịnh Tùng chia sai các tướng là Hoàng Đình Ái và Nguyễn Hữu Liêu quản lĩnh quân và voi, hẹn định ngày phá các cửa thành, còn Trịnh Tùng thì tự đốc suất quân và voi ở đại doanh tiến đến phường Hồng Mai.
Mạc Mậu Hợp tuy đã qua đò sang Bắc, nhưng vẫn cậy có sông dài hiểm trở, sai Mạc Ngọc Liễn, Bùi Văn Khuê, Nguyễn Quyện và Trần Bách Niên cố thủ thành Đại La, còn mình thì thống suất thủy quân, dàn hơn trăm chiếc thuyền thành thế trận, giữ sông Hồng để làm thanh thế cứu viện cho quân trong thành.
Đại tướng nhà Mạc là Nguyễn Quyện đặt quân mai phục ở ngoài cửa cầu Dền, dàn súng bách tử đại pháo để phòng bị. Các tướng phía nhà Lê chia đường tấn công từ giờ Tỵ đến giờ Mùi (từ 9 giờ sáng đến 15 giờ) chưa phân được thua, nên Trịnh Tùng lại đốc suất quân sĩ cố sức chiến đấu. Quân Lê tấn công xuyên qua luỹ, trèo lên thành, đua nhau xông lên trước, đánh phá được ba lần cửa lũy ở ngoài thành. Quân của Bùi Văn Khuê và Trần Bách Niên rối loạn, tan chạy, Mạc Ngọc Liễn sợ hãi cũng trốn. Thừa thắng, quân nhà Lê đồng thời cùng tiến, đốt cung điện và nhà cửa ở ngoài thành, khói lửa mù mịt cả khoảng không. Sau đó quân Lê rầm rộ lùa quân và voi xông vào giày đạp đánh phá cầu Dền.
Phục binh của Nguyễn Quyện không kịp nổi dậy, đều bị giết sạch. Con của Nguyễn Quyện là Bảo Trung và Nghĩa Trạch đều chết trận cả, Nguyễn Quyện bị bắt sống.
Khi quân sĩ giải Nguyễn Quyện đến, Trịnh Tùng thân hành cởi trói cho Quyện, đối đãi bằng lễ tiếp khách và an ủi tử tế, nói đến ân nghĩa và tiền vương nuôi dưỡng, không nỡ giết chết. Nguyễn Quyện hổ thẹn, vội phục xuống đất. Trịnh Tùng nhân dịp đó, hỏi Nguyễn Quyện về mưu chước để diệt Mạc, Nguyễn Quyện trả lời: “Viên tướng đã thua trận, không thể còn nói đến mạnh được nữa. Trời đã làm mất nhà Mạc, thì dù anh hùng cũng không thể thi thố tài lược được”.
Tuy nhiên, Nguyễn Quyện vẫn muốn dùng mưu để hoãn binh cho quân Mạc, nên khuyên Trịnh Tùng san phẳng lũy đất thành Đại La để “nhà Mạc dù có quay về cũng không còn gì để làm căn cứ được nữa”. Trịnh Tùng không nghi ngờ, bèn sai các quân san mấy nghìn trượng hào lũy của nhà Mạc trở thành đất phẳng. Ngoài ra, bụi rậm gai góc cũng bị đẵn hết, hào hố được lấp đầy “không mấy ngày là xong”.
Kế hoãn binh của Nguyễn Quyện rốt cuộc không giúp gì được cho nhà Mạc. Sau đó, Trịnh Tùng liên tiếp đánh dẹp Mạc Mậu Hợp ở Hải Dương, cuối cùng Mạc Mậu Hợp bị bắt, Trịnh Tùng chiếm được thành Thăng Long để rước vua Lê về. Còn về Nguyễn Quyện, do vẫn muốn trung thành với nhà Mạc nên bị nhốt vào ngục rồi chết năm 1593, lúc đó, ông đã 82 tuổi.
