随着农民军在豫、鄂的不断胜利，除张献忠外，各支起义军纷纷与李自成部队联合作战，这一方面壮大了李自成的实力，同时也产生了一些新的矛盾。与李自成联合作战的罗汝才、革左五营的马守应和贺一龙虽然都听从李自成的军令，却不愿归属李自成，希望保持自己相对的独立性。官军的将帅又利用农民军内部的矛盾，进行挑拨离间，终于导致了农民军内部的火并。崇祯十六年(1643)三月初七日，李自成杀死贺一龙，次日晨又杀死罗汝才。罗汝才的部将有的倒向孙传庭，有的降于左良玉，同罗汝才关系较好的马守应则不再听从李自成的号令而独立行动，在崇祯十七年(1644)春病逝于夷陵。李自成因此实现了组织上的统一，这有利于其势力的进一步壮大并最后推翻明朝的统治。

随着战争的不断胜利和占领区的日益扩大，李自成开始从流动作战转入守土不流的阶段，着手进行政权的建设。早在崇祯十四年(1641)春攻占洛阳后，李自成曾“置官留银，妄意作开国始基” ，尝试建设地方政权。不过，当时李自成的实力还很有限，虽已拥有几万的兵力，但骨干也只有几千人，不可能拨出主力部队担任地方的防守。所以，直至崇祯十五年(1642)冬其地方政权的建设才开始大规模地展开，在占领区部署诸将镇守，并派官治理。第二年春，又改襄阳为襄京，建立各级农民政权。在中央，建立起奉天倡义大元帅府，简称“倡义府”，李自成以“奉天倡义文武大元帅”的名义充当最高掌权者，并设丞相一名，由牛金星担任，下设吏、户、礼、兵、刑、工“六政府”，各置侍郎一名，分理政务。在地方，由于当时的占领区只有河南省大部和湖北省的一部，故暂未设立省一级的机构，只设府、州、县，分置府尹、州牧、县令等官。并开科取士，选拔一批文化人充当行政官员。在设立行政机构的同时，李自成还对统辖的百万军队进行整顿，统一军制。他将军队分作两大部分：中央直属部队，主要负责机动作战，分为标营（中权亲军）和左、右、前、后五大营，标营下辖五营，其他四营各下辖二营，营下辖队；地方部队沿袭明朝卫的名称，负责镇守重要城市和战略要地。各级将领皆授予正式职称。大元帅之下，五大营分别设立22将，依次为权将军、制将军、果毅将军、威武将军等。其中，以田见秀、刘宗敏两位权将军职权最重，田见秀负责提督诸营事，刘宗敏负责指挥中权亲军。

承天兴献陵的失守，令明思宗痛心疾首，他声泪俱下地说：“朕不德，忧及陵寝！” 决定让内阁大学士到湖广督师。崇祯十六年(1643)二月上旬，明思宗召见廷臣，对吴甡说：“自嗣昌死后，督师无人，致有今日。卿曩历岩疆，可往湖广督师，以图恢复。” 三月十日，正式命其以内阁大学士兼兵部尚书的身份，前往湖广督师。吴甡自知此去凶多吉少，提出先往南京，用精兵挟制骄横跋扈的左良玉，促之西入湖广，并令陕西三边总督孙传庭东出潼关，对农民军实行东西夹剿。明思宗没有同意。吴甡又提请拨给3万精兵。明思宗请兵部速议发兵，兵部尚书张国维同意拨给1万军队，但就是这1万军队也迟迟未能调来，吴甡也就迟迟不肯出京，明思宗遂于当年五月罢撤吴甡的督师之职，后下令将其逮捕治罪。

孙传庭自郏县惨败之后，退到陕西大肆扩充军队，并制造2万辆所谓新式武器“火车”，车上装备火炮、弓弩、粮食，谓“战则驱之以拒马，止则环之以自卫” 。在罢撤吴甡督师之职时，明思宗任命孙传庭以兵部尚书衔佩戴七省督师之印，总督陕西、山西、河南、四川、湖广、贵州以及江南、江北军务，赐尚方剑，全权指挥中原战事。当时明廷的主力部队，除了辽东的边军与湖广的左良玉部，只剩下孙传庭的陕兵。辽东的边兵虽较精锐，但抵御清兵已难胜任，无法移调；左良玉部号称兵多将广，但怯敌惧战，跋扈难用。但是调孙传庭出关到中原作战，却带有很大的冒险性，一旦失利，不仅豫楚不保，秦晋也将无法守御，明王朝的命运也将危矣。因此，许多大臣对明思宗的决定都不赞同，兵部尚书张凤翼说得最为恳切：“孙传庭所有皆天下精兵良将，皇上只此一付家当，不可轻动！” 但明思宗顾不了许多，决心孤注一掷，一再催促孙传庭从速出关。君命难违，孙传庭决定出关时，无可奈何地叹道：“奈何乎！吾固知往而不返也，然大丈夫岂能再对狱吏乎？” 他坐过一次牢，总不能再违君命而入狱，明知出关作战必败无疑，也只有捐躯疆场以明心迹了。他率白广恩、高杰、牛成虎等部10万大军，于八月初十日出潼关，向李自成发动最后一次大规模进攻。李自成采取诱敌深入、聚而歼之的方略，主动从潼关至郏县一带撤退，将主力部署在郏县以南地区，并派轻骑绕出敌后，进至白河（在今河南伊川东南），切断官军的粮道。孙传庭为解决粮食供应问题，于九月十三日攻占郏县，但仅得骡、羊200余只，“顷刻间分脔食尽，不足给” 。九月十七日，汝州的官军因乏食而哗变。孙传庭不得已，遂留小部分队伍守郏县，自己与白广恩、高杰回迎粮草。李自成率领大军跟随后头猛追，官军阵势大乱，被歼4万余人，九边精锐、良将劲兵丧失过半，从此气衰而不复振。

官军在郏县战败后，大臣一致要求固守关门，急复秦疆。明思宗下旨削去孙传庭督师尚书衔，“仍以秦督充为事官，戴罪收拾余兵，扼守关隘，相机援剿，图功自赎” 。不久，又下令提升总兵白广恩为援剿副总兵，挂荡寇将军印，拨给3万精兵，命其与孙传庭共守潼关，希望保守陕西。李自成在官军喘息未定之时，即亲率大军自洛阳西进，另派一支部队抄小道攀越山险，前后夹击，于十月初六日攻破潼关。孙传庭部将高杰、白广恩、高汝利纷纷逃窜，孙传庭知道已经无法挽救，率领数百亲丁冲向农民军，当阵死亡。李自成乘胜于十月十一日攻克西安，占领陕西全境，并分兵攻取银川、兰州、张掖、西宁等地，控制了整个西北地区。

崇祯十七年(1644)正月初一日，李自成改西安为西京，正式建国，国号大顺，年号永昌。更定官制，设天佑殿，以牛金星为大学士平章军国大事，宋献策为军国大军师。中央行政机构仍称“六政府”，襄阳时期只设侍郎各一名，此时增设尚书、侍郎。地方机构因占领区的扩大增设省一级，置节度使掌之。封授功臣爵位，分为五个等级。明末农民战争进入了推翻明朝统治的关键时期。

崇祯十四年(1641)二月，张献忠、罗汝才攻克襄阳后，因对西据郧阳、兴安一带的左良玉部还有顾忌，便越过汉水向东转移，活动于河南、湖广交界一带。明廷急调左良玉回师征剿。七月间，张献忠乘虚攻克郧西。罗汝才留在河南，即同李自成联合作战。张献忠的力量顿显单薄，八月间在信阳被左良玉打败，遂转战安徽，再回湖广，于崇祯十六年(1643)五月攻占武昌，擒获楚王朱华奎，将之装入竹笼，沉入江中，并没收楚王府的财产，赈济饥民。他改武昌为天授府，自称“大西王”，建立农民政权。在中央设立六部、五军都督府，在京城设立五城兵马司等机构，在地方设立巡抚、守道、巡道、知府、知州、知县等官。然后率兵南下，攻占湖广大部分地区。当年冬，张献忠得知李自成攻占陕西全境，判断明朝统治的覆灭已是指日可待，为了避免同李自成发生摩擦，决定向明朝统治力量较为薄弱的西南地区发展，于崇祯十七年(1644)正月率部由荆州西渡夔州（今重庆奉节），进入四川。