断绝燕京粮道。从事顾君恩说“：金陵位在下游，虽说可以成功，但失之过缓。直奔京师，如不胜，将要退到哪里？这失之过急。关中，是大王您家乡所在，百二山河，占了天下三分之二，应该先夺取它，建立基业。然后略取三边，用这些兵力攻取山西，然后指向京师。这样则进可战退可守，万无一失。”自成听从了他的意见。
孙传庭在柿园战败后回到陕西，大力治兵，制造火车二万辆，招募壮士，用白广恩、高杰为将，想等贼兵饥饿时攻击他们。朝廷每天都建议他督战，孙传庭不得已出关。以牛成虎、卢光祖为前锋，由灵宝进入洛阳。高杰为中军，发檄文叫白广恩从新安来会师。河南将领陈永福守新滩，四川将领秦翼明出商县、洛南，互为犄角。前锋在渑池击败贼兵，到宝丰，再拔其城。进到郏县驻扎，自成率领一万骑兵回头交战，又被打得大败，自成也差点被擒。正赶上大雨，道路泥泞，粮车无法前进。自成派轻骑出汝州，要截断粮道。孙传庭于是分兵为三，令白广恩走大道，令高杰随从他走间道去迎粮车，令陈永福守营。孙传庭走后，陈永福的部队也争着要走，不可禁止，遂被贼人追踪。到了南阳，孙传庭回师交战。贼人设了五重阵营，官军攻克了三重，不久官军稍稍退却，火车先奔逃，骑兵也纷纷奔逃，贼人纵铁骑践踏，孙传庭大败。自成尽发部众来追赶，一昼夜追了四百余里，官军死亡四万多人，丧失兵器辎重数十万。孙传庭逃到黄河北岸，转奔潼关，气势败沮，从此不能重振起来。
冬十月，自成攻陷潼关，孙传庭死，遂连破华阴、渭南、华州和临潼，进而攻打西安。西安守将王根子开东门接贼人进城。自成抓住秦王朱存枢，任命为权将军，永寿王朱谊氵兄为副将军。巡抚冯师孔以下等十余人死亡，布政使陆之祺等人全部投降，自成大掠三天，才下令禁止。改西安为长安，称西京。赐给顾君恩女乐一部，作为他提出的入关策略的报赏。大发民工，修筑长安城，开通驰道。自成每隔三天便亲自到教场检阅比武，百姓望见黄龙纛，都拜倒在地欢呼万岁。白广恩、高汝利、左光先、梁甫等将领先后投降，陈永福因先前射中自成的眼睛，便在山顶上自保而不敢下，自成折断箭杆为誓，招抚他，他也投降了，只有高杰因窃走自成的妻子而逃到延安，被李过追赶，便折而向东，从宜川渡过黄河，绝断蒲津以固守。
自成的军队所向披靡，他于是回米脂祭坟。祖坟以前被官军挖开，遗骨被焚烧抛弃，这时自成重新筑土埋葬，又访求同宗的人，赐封金银爵号而去。改延安府叫天保府，米脂叫天保县，清涧叫天波府。凤翔不投降，便屠城。当初，自成进入陕西时，说是自己的故乡，没有侵暴百姓，但不到一个月又抢掠如故了。他又以为士大夫肯定不归附自己，便搜索各个缙绅，将他们拷打，索要金银，死了的便埋在一个坑中。榆林仍旧死守，李过等人攻不下，自成便大量发兵将其攻陷。副使都任，总兵王世国、尤世威等人，都不屈而死。贼人乘胜攻取宁夏，屠戮庆阳，捉拿韩王朱。。土脊。移师攻打兰州，甘肃巡抚林日瑞等人也死了。贼人进而攻陷西宁，于是肃州、山丹、永昌、镇番、庄狼等皆投降，陕西之地全归自成占有。又遣贼兵渡过黄河，攻陷平阳，杀死宗室三百余人。高杰逃到泽州。诏令余应桂总督三边，收集边防兵来剿贼，但整个陕西已经陷没，余应桂不能前进。
十七年(1644)正月初一，自成在西安称王，僭称国号叫大顺，改元永昌，追尊他的曾祖父以下，加给谥号，以李继迁为太祖。设天佑殿大学士，以牛金星来担任。增设六政府尚书，设弘文馆、文谕院、谏议、直指使、从政、统会、尚契司、验马寺、知政使、书写房等官。以乾州宋企郊为吏政尚书、平湖陆之祺为户政尚书、真宁巩火育为礼政尚书、归安张嶙然为兵政尚书。恢复五等爵制，大封功臣，给刘宗敏等九人封侯，刘体纯等七十二人封伯，有三十人封子，五十五人封男。制定军事制度，凡有一马站队列不齐的就斩之，马跃入庄稼地的也斩之。登记有步兵四十万，骑兵六十万。兵政侍郎杨王休建都肆，从横门直到渭桥，金鼓动地。自成令弘文馆学士李化鳞等人起草檄文驰告远近各地，指责皇上。这一天，大风夹着尘土，黄雾四塞。事情传到京城，皇上大惊，召集廷臣来商议。大学士李建泰请求督师，皇上答应了。
当时山西自从平阳陷落后，河津、稷山、荥河也都失陷，其他府县多望风送款投降。二月，自成渡过黄河，击破汾州，巡视河曲、静乐，攻打太原，抓住晋王朱求桂，巡抚蔡懋德死。又北上巡行忻州、代州，宁武总兵周遇吉战死。自成先派游兵进入故关，攻取大名、真定以北，自率贼众沿着边防线东犯，攻陷大同，巡抚卫景瑗、总兵朱三乐死。自成杀代王朱传忄齐，代王的宗室几乎死光。进犯宣府，总兵姜王襄迎降，巡抚朱之冯死。贼兵遂犯阳和，由柳沟逼近居庸关，总兵官唐通、太监杜之秩迎降。
三月十三日焚烧昌平，总兵官李守钅荣死。当初，贼人想刺探京师虚实，往往偷偷派人载着重货，到都市做贩，并派人充任各部院的属吏，刺探机密情报。朝廷有什么谋议，哪怕是数千里之外，他们也立即飞骑报告。到贼人抵达昌平时，兵部派骑兵去侦察，贼人总是将他们留下投降，无一复还。贼兵游骑到平则门，京师还不知道呢。十七日，皇上召群臣来询问，没有人回答，有的还哭了。不久贼兵围攻九座城门，门外原先设立的三大营，都投降了贼人。京师长期缺粮饷，能登上女墙作战的很少，便用宦官补充。宦官专管守城事务，百司不敢过问。
十八日，贼兵攻城更急，自成驻扎在彰义门外，将已投降的太监杜勋吊进城中，派他去见皇上，求皇上禅位。皇上大怒，将他斥下，诏令亲征。天黑后，太监曹化淳打开彰义门，贼兵全部入城。皇上出宫，登上煤山，望着满天的烽火，叹息道：“苦了我的百姓了。”徘徊良久，回到乾清宫，令人将太子和永王、定王送到外戚周奎、田弘遇家中，拔剑刺长公主，催促皇后自尽。十九日，天还没亮，皇城失守，鸣钟召集百官，竟没有一人到来。皇上于是又登上煤山，在衣襟上写下遗诏，在山亭中用帛上吊，皇上于是驾崩。太监王承恩也在旁边上吊。
自成头戴毡帽，身穿淡青色衣服，骑着乌驳马，进入承天门。伪丞相牛金星，尚书宋企郊、喻上猷，侍郎黎志升、张嶙然等人骑马相随。自成登上皇极殿，占据御座，下令搜索皇后，与百官约定三日后朝见。文臣从范景文以下，勋戚从刘文炳以下，有四十余人殉节。宫女魏氏投河自杀，有二百多人跟从。象房的大象都哀吼流泪。太子投奔周奎家，却不能进去，永王、定王也无处藏身，先后被抓来见自成，他们都不屈服，自成将他们关在宫中。长公主昏死复醒，被抬来，自成令贼人刘宗敏为她治疗。
不久，知道皇后已去世，自成便命人用宫中门板运出，装入柳棺，放置在东华门外，路过的百姓都掩面而泣。过了三天，天刚亮，成国公朱纯臣、大学士魏藻德率领文武百官入宫朝贺，他们都穿着素服坐在殿前。自成不出来，群贼争相对百官戏耍侮辱，或槌打他们的背部，脱下他们的帽子，或将他们的脚弯起来勾在脖子上，以此相笑闹，百官都害怕得趴在地上不敢动。太监王德化叱骂群臣道“：国家灭亡，君主丧生，你们不思殓殡先帝，在这里干什么？”他于是哭起来，宦官数十人都哭了，魏藻德等人也哭。顾君恩将情况告诉自成，便改殓皇后，给她戴上哀冕，穿上画有野鸡图案的。。衣，并加盖一间草棚。大学士陈演劝自成登帝位，自成不许。封太子为宋王。放出刑部、锦衣卫关押的囚犯。