占领西安以后，李自成立即部署扫除明政府在西北地区的各个据点，以便解除下一步东渡黄河进兵京师时的后顾之忧。具体部署是：李自成亲率由李过所部后营和刘芳亮所部左营组成的大军，向北追击明总兵高杰部官军，夺取陕北；田见秀率部南下汉中，追击明总兵高汝利部，打通南下四川的孔道；刘宗敏、贺锦、袁宗第等西向追击白广恩部官军，攻取宁夏、甘肃、西宁等地。下面分述三路进兵的情况：
李自成、李过和刘芳亮所统大军于十一月到达延安。陕北地区除了原有的驻军外，还有在潼关失守后逃来的明总兵高杰部官军。高杰及其部众早已被义军的凌厉攻势吓破了胆。高杰原是李自成的部将，投降明政府后作恶多端。他自己盘算，如果落到义军手里就没有活路，所以在李过等部占领延安时，他即乘黄河结冰的机会逃入山西。后来在大顺军渡河东征时又望风狂奔，一直逃到江苏。南明弘光政权建立时，他由于还掌握点部队，竟成为史可法部下的四大主力之一。
义军的进军陕北，受到了当地百姓的热烈欢迎，许多州县都自动纳款投诚。由延安北攻榆林，途经米脂，这里是李自成的故乡。崇祯十四年底，明政府曾掘毁了李自成的祖父和父亲的坟墓，遗骸焚弃无遗。李自成这次重返故里，只杀了参与策划伐墓的一个当地劣绅，此外秋毫无犯。祖墓“筑土封之”，派礼政府侍郎姜学易致祭。李自成还“访求其宗人赠金、封爵以去”。“改延安为天保府，米脂为天保县，清涧为天波府”。
这时，陕北的榆林守军仍效忠于明王朝。榆林是明代北边重镇之一，居民多隶军籍，以当兵为职业；出身将门的子弟也特别多。他们由于长期混迹于行伍，在镇压农民起义中双手沾满了鲜血，反动的政治立场很难改变。为了解决榆林问题，李自成采取了先礼后兵的办法。十一月十二日，他派辩士舒君睿携带白银五万两招降榆林诸将，同时命李过、刘芳亮率领大军七万随后进发，以便劝降不成即用武力攻取。作了这些安排之后，李自成即返回西安。榆林总兵王定眼见大势已去，借口往蒙古部落调兵，带着几十名亲信逃跑了。榆林道都任和卸任总兵王世钦、侯世禄、侯拱极、尤世威等商议对策，企图据城抗拒。义军的使者在城中从十二日谈到十四日无结果，十五日开始攻城。双方战斗异常激烈，到二十七日方被攻下，尤世威等被处死。
田见秀部的南下汉中比较顺利，沿途州县望风归附。十一月十二日进抵城固县，围攻四日，克其城。明总兵高汝利企图逃往四川，于途中被义军追迫投降。汉中地区平定后，田见秀留部将贺珍、韩文领兵镇守，自己返回西安。
刘宗敏、贺锦、袁宗第等统领大军向西进军，兵至固原，明总兵白广恩投降。为了争取明军将领，减少进军中的阻力，李自成亲宴白广恩，相谈甚欢。左光先闻讯后也解甲投降。陈永福由于守开封时曾射中李自成左眼，耽心不会得到谅解，正处犹疑之中。李自成知悉后，让白广恩转达不咎既往的意思。陈永福说：“汴城之战，永福亲集矢于王之目。今穷而归命，惧无以全腰领”。自成立即回答道：“此各尽其事，何害？”并以折箭为誓，保证不算旧帐，陈永福才决心投降。继白、陈之后，其他明朝将领也纷纷投诚。
袁宗第部由陕西凤翔向巩昌推进。一路上“将吏争降恐后”。占领巩昌府后，所属州县都不战而下。
次年春，左良玉见大顺军主力已经移到西北，并开始了向山西进兵，就妄图夺取湖北的荆州、承天、德安，襄阳四府；河南的地主武装刘洪起、沈万登也发动叛乱，颠覆了汝宁等地的大顺地方政权；负隅于郧阳的明官军亦猖獗一时，直接威胁到襄阳的安全。为了保证后方的稳定，李自成遂调袁宗第部经商洛地区驰赴襄阳，协助当地驻军迎头痛击左良玉等部来犯之敌。接着又移师河南，粉碎了刘洪起等人的叛乱，有力地打击了地主阶级的复辟活动，稳定了大顺政权对湖北四府和河南地区的统治。李自成派遣袁宗第等统领重兵前往湖北、河南平定叛乱，充分说明他对大顺军经过浴血战斗开拓的疆土、建立的政权是十分重视的。那种以为大顺军入陕以后，就把中原地区置之度外的说法并不符合事实。
在宁夏方面，义军的檄文一传到，明朝巡抚李虞夔和分封在这里的庆王朱倬氵隺束手无策。庆藩宗室和文武官员聚集在王府里经过一番商讨之后，决定投降。李自成命明监军道陈之龙为宁夏节度使，以投降总兵牛成虎镇守该地。
固原、宁夏等地平定之后，明政府在西北的残余据点就剩下了甘肃、青海（当时称西宁卫）等比较僻远的地方。李自成乃命刘宗敏返回西安，准备大举东征，完成西征的任务就落到了贺锦的身上。十一月，贺锦领兵向甘肃进发，一举攻克安定，金县开门迎降，兵锋直抵兰州。明朝甘肃总兵马爌、副将欧阳衮等人见形势危急，劝肃王朱识钅宏西奔甘州（今张掖），征兵固守。朱识钅宏驽马恋栈，没有采纳这个意见。马爌等人便自行逃往甘州。十一月二十一日，贺锦所部义军到达兰州，“兰州人开城迎贼”。肃王朱识钅宏仓皇逃出城外，被明朝卸任总兵杨麒派人擒获，当作自己投诚义军的见面礼。贺锦厌恶他卖主以牟取富贵，既不忠于明王朝，也不是真心投顺起义军，因此，他不仅处死了肃王，也把杨麒父子斩首。这种做法显然不够策略，不利于争取尚在观望的明政府文官武将。贺锦留下党守素镇守兰州，自己统兵继续西进。明凉州（今甘肃武威）、庄浪二卫先后投降，义军进迫甘州。甘肃巡抚林日瑞、总兵马爌等人组织顽抗。十二月，义军踏冰过河，直抵城下。当时大雪纷飞，积雪深盈丈，被驱迫上城防守的官军士卒手脚皲裂，甚至冻掉手指，都有怨言。义军战士却意气风发，利用积雪堆作登城的阶梯，积极准备攻城。十二月二十七日，“守者引贼上”，义军胜利地夺取了甘州城。林日瑞、马爌等都被处死。占领甘州之后，肃州（今甘肃酒泉）等地也不战而下。贺锦在各府州县派设了官员，安抚地方，甘肃全境遂处于大顺政权管辖之下。
这时，奉贺锦之命进取青海的义军将领鲁文彬（原是明朝将领），领兵进抵西宁，被效忠于明王朝的反动土司祁廷谏、鲁胤昌等击败，鲁文彬被杀。贺锦闻报后，亲率大军从甘州驰赴西宁。祁廷谏等人惶惧失措，参军胡琏器献计道：“贺贼骁勇，兼我寡彼众，可以智取不可以力敌也。”建议派少数民族人士伪降，假作向导，引贺锦入伏兵地加以谋害。贺锦歼敌心切，领部队一往直前，阵斩鲁胤昌，全歼其众。由于警惕性不高，不幸陷入敌人的埋伏处，被反动土司杀害。这位在明末农民战争中作出过重大贡献的农民革命领袖壮烈牺牲了，时为永昌元年正月。贺锦部下的将士悲愤填膺，决心为主将复仇，在辛思忠率领下攻克西宁，活捉反动土司祁廷谏。李自成随命辛思忠镇守西宁，派兵平定青海，各土司先后归附。至此，整个西北地区的官军据点已全部拔除，为大顺农民军渡河东征，夺取京师，推翻明王朝的反动统治，保证了后方的稳定。