Về đến Diên Khánh, Chúa Nguyễn sai đắp vòng thành ở Nha Trang đặt tên là thành Diên Khánh, giao cho Nguyễn Văn Thành đóng quân lại đó. Duyệt và các tướng đều theo Chúa Nguyễn đại quân về Gia Định.
Thàng một năm ấy, Chúa Nguyễn lại đòi Nguyễn Văn Thành và Tôn Thất Hiệp về Gia Định, sai Đông cung Cảnh và Phạm Văn Nhân, Tống Phúc Đạm, Tống Viết Phúc, Bá Đa Lộc ra giữ Diên Khánh, Nguyễn Văn Nhân, Võ Văn Lượng, nguyễn Long ra giữ Phú An.
Hồi ấy vua Thái Đức mới tạ thế. Vua Cảnh Thạnh phong cho Tiểu Triều (con vua Thái Đức) làm tước Hiếu Công, và cho ăn lộc bằng một huyện Phù Ly. Còn thành Qui Nhơn thì bị bọn Thái úy Hưng và Hộ chiếm giữ.
Tháng hai năm sau (1894) vua Cảnh Thạnh sai Hộ giá Huấn và Kiểm hiệu Trần Viết Kết kéo quân vào đánh Phú An, Nguyễn Văn Nhân và Võ Văn Lượng chống cự không lại, phải lui vào thành Diên Khánh. Quân Tây kéo hết đến dưới chân thành, quân Nguyễn giao chiến mấy trận đều bị thua.
Chúa Nguyễn được tin báo, tức thì đốc dẫn kéo ra cứu viện. Quân Tây thấy cứu binh đã tới, bèn bỏ Diên Khánh lui ra Qui Nhơn. Chúa Nguyễn để Võ Tánh trấn thành Diên Khánh, Nguyễn Công Thái và Nguyễn Long ở lại giữ Phú An, cho Đông cung Cảnh và Võ Văn Lượng, Nguyễn Văn Nhân theo đại quân trở về Gia Định.
Khoảng đầu tháng một, Thiếu phó Trần Quang Diệu và Tư lệ Lê Trung lại đem mấy toán quân Tây đến đánh Phú An. Công Thái phải chạy vào Diên Khánh, Võ Tánh không cho Công Thái đem quân vào thành, bắt phải ở ngoài chống nhau với quân địch. Công Thái đánh với quân Tây không lại, phải dẫn quân chạy vào Phan Rí.
Tư lệ Lê Trung dẫn quân đuổi theo toán quân Công Thái và ngăn đường quân Nguyễn ở mặt Bình Thuận kéo ra, còn Thiếu phó Diệu thì đốc đại quân bỏ đạo vây thành Diên Khánh.
Theo lệnh Dũng, quân Tây đắp một vòng lũy cao bọc kín bốn mặt Diên Khánh, rồi quân sỹ đứng trên lũy chĩa súng bắn vào trong thành như mưa. Quân Nguyễn bị giết rất nhiều, Võ Tánh phải mộ quân cảm tử xông pha vòng vây chạy vào Gia Định cáo cấp.
Lúc ấy đương trái mùa gió, thủy quân chưa tiện đi biển, Chúa Nguyễn phải sai Nguyễn Văn Thành, Nguyễn Hoàng Đức đốc dẫn bộ quân gấp đường ra trước, chờ đến khi nào thuận gió, thủy quân sẽ kéo ra sau.
Thành và Đức đi đến Phố Hải, thì phải lui quân về miệt Bà Rịa, vì bị toán quân Tư lệ Trung đã giữ hết các nơi hiểm yếu, kháng cự rất kịch liệt.
Bấy giờ quân Tây đánh thành Diên Khánh càng gắt, mấy lần quân sỹ cởi trần vượt lên mặt thành, chực nhảy vào thành. Tình thế trong thành càng gna2y càng nguy cấp, Võ Tánh luôn luôn sai người lẻn vào Gia Định cầu cứu.
Tháng ba năm ất mão (1795), Chúa Nguyễn giao Đông cung Cảnh và bọn Phạm Văn Nhân giữ đất Gia Định, sai Tôn Thất Hội điều sáu bộ quân đi đường Phố Hải tiếp ứng bọn Nguyễn Văn Thành. Rồi ngài tự mình đốc dẫn binh thuyền vượt biển ra cứu Diên Khánh.
Duyệt và Nguyễn Đức Xuyên, Tống Viết Phúc cùng nhiều tướng khác đều lãnh quân bản bộ đi theo.
Sau một trận giao chiến ở Y Na, thuyền quân Chúa Nguyễn vượt vũng Y Na, tiến đến vịnh biển Cù Huân.
Theo lệnh Chúa Nguyễn, Cai cơ Nguyễn Văn Đắc và Vệ úy Võ Di Minh kéo quân đánh đồn Lò Cương.
Trong đồn Đô đốc Lê Danh Phong chống cự rất hăng tợn.
Quân Nguyễn đánh luôn mười đêm mười ngày vẫn không hạ được đồn ấy.
Chúa Nguyễn sốt ruột, liền gọi Đắc và Minh về, sai Duyệt và Nguyễn Đức Xuyên đem quân lên thay, và truyền hai tướng cứ thẳng trước đồn mà đánh.
Hai tướng đánh một ngày nữa, vẫn không thấy núng. Năm trăm quân Diệu Võ của Duyệt và năm trăm quân Hùng Võ của Xuyên mấy lượt xông vào lại lùi ra, không thể vào sát chân lũy. Vì súng đạn trên đồn bắn xuống rát quá, tướng sỹ bị chết rất nhiều.
Duyệt và Xuyên hạ lệnh cho quân tạm nghỉ, rồi hai tướng cùng ngồi bên đồn bàn bạc mư kế. Theo ý Xuyên, đồn Lô Cương không bao lớn, quân địch chống cự đã hơn mười ngày, chắc là chúng đã mỏi mệt, cứ theo lệnh của Chúa Nguyễn ra sức mà đánh, tất nhiên phải vỡ. Duyệt nói:
– Đồn này tuy nhỏ mà rất kiên cố, cứ lấy sức mạnh mà đánh khó lòng hạ được. Bây giờ chỉ có cách chia quân ra làm hai đạo: một đạo đánh đằng sau đồn, nhử cho quân địch kéo ra mặt ấy chống giữ, một đạo lẻn đến trước đồn đào phá cho thủng vách lũy, rồi vừa thúc trống vừa hò reo mà tiến binh vào. Như vậy, thế nào đồn cũng phải vỡ.
Xuyên ngần ngại:
– Việc binh là việc hiểm nghèo, không nên dùng kế mạo hiểm. Vả lại, chưa có lệnh trên .. thì làm thế nào?
Duyệt quả quyết:
– Đã có lệnh trên cho làm vậy rồi. Sau này nếu có tội chi, Duyệt xin chịu hết.
Rồi Duyệt tức hti2 dẫn ba đội quân Diệu Võ xuống thuyền qua sông đánh gấp phía sau đồn.
Khi ấy đêm đã canh hai, ngoài đồn tối um, quân Tây trong đồn thấy mặt sau có giặc đến đánh, đổ xô lại đó chống giữ.
Xuyên ở mặt trước thúc quân vác thuổng quốc vào gấp chân lũy đào phá. Giây lát, lũy úp một đoạn, mấy trăm quân Hùng Võ hò reo ầm ầm.
Quân Tây trong đồn rối loạn, Đô đốc Phong phải đem mấy chục thủ hạ chạy trốn.
Duyệt và Xuyên kéo quân vào đồn, rồi sai người đi báo tiệp.
Sau khi Chúa Nguyễn đã dẫn quân lên đồn và xem xét các nơi, Duyệt đến trước Ngài, thuật lại công việc đánh đồn, rồi xin chịu tội giả mạo mệnh lệnh.
Chúa Nguyễn ôn tồn an ủi:
– Trong lúc ra trận, ngươi biết theo cơ dùng kế, thắng được quân giặc, đó là có công, ta phải ghi vào trong sổ, chớ có tội chi!
Rồi Chúa Nguyễn sai Duyệt và các tướng dẫn quân theo mình lên miệt Khố Sơn.
Tới Khố Sơn phải qua Ngư Trường. Nhưng ở Ngư Trường đã có đồn quân do lệnh của Thiếu phó Diệu sai đóng phòng triệt, làm thể ỷ giác với đồn khố Sơn. Quân Nguyễn tới đó phải ngừng lại, mặt thủy không thông được với mặt bộ.
Chúa Nguyễn đã sai quân đánh đồn Ngư Trường mấy lần, nhưng không thể vỡ. Quân Tây chống giữ rất vững.
Tình cờ có tên quân Tây là Nguyễn Danh Nho, đầu hàng và xin đưa quân Nguyễn đi đường tắt lên đánh lên Khố Sơn.
Đêm ấy, Chúa Nguyễn sai Cai đội Nguyễn Ngọc mãn đem ba trăm quân Túc trực theo Nho lừa lúc tối trời, lẻn lội qua sông Ngư Trường. Rồi cả ba trăm quân đều cởi trần bò lên Khố Sơn, phóng hỏa đốt hết các dinh trại.
Gió mạnh, lửa cháy dữ, quân Tây kinh hoảng rối loạn, giầy đạp lên nhau mà chết rất nhiều.
Chúa Nguyễn sai quân hò reo tiến lên, phá luôn được đồn Ngư Trường.
Thiếu phó Diệu được tin Ngư Trường thất thủ, biết là cứu binh bên Nguyễn đã đến nơi. Nhân lúc đó ở Phú Xuân vừa xẩy ra một việc nội biến, Diệu muốn tự về điều đình, bèn bỏ vòng vây Diên Khánh, rút về Qui Nhơn.
Duyệt và Võ Văn Lượng, Nguyễn Đức Xuyên đốc quân rượt theo, bắt được rất nhiều voi ngựa khí giới.
Sau khi Chúa Nguyễn đã vào thành Diên Khánh, thăng thưởng tướng sĩ, Tôn Thất Hội phải ở lại giữ thành Diên Khánh, Duyệt và các tướng đều theo Ngài về Gia Định.