紧接着又来了一个机会，云南总兵龙在田派人给孙可望送来了一封急信，信中说云南蒙自土司沙定州谋反，率兵突袭昆明，黔国公沐天波侥幸逃脱，沐天波的母亲陈氏和妻子焦氏被杀，要孙可望率兵入滇平叛，共扶明朝。这龙在田，也是云南的一位土司首领，早年曾任总兵调往湖北对张献忠的农民军作战，后张献忠受抚于熊文灿，两军相邻，将领相互往来，龙在田、孙可望、李定国、艾能奇等相互都很熟悉。虽然后来张献忠继续造反，龙在田回了云南，但大西军将领和龙在田的私交较好。于是四将决定进兵云南。
为取得迷惑敌人和出其不意的效果，孙可望令前军换上明军旗号，打着黔国公沐天波焦夫人之弟兴兵报仇的旗号，大兵一路开往云南，沿途明军皆为其让道。大军行至曲靖才遇沙定州的军队，首战歼灭沙定州曲靖守兵五百名，俘获已依附沙氏的明云南巡按御史王国献。曲靖首战告捷，孙可望令军队不进昆明，而是南下直赴开远，在蛇花口打败沙定州援军千余名。逼得沙定州放弃昆明，率兵退往蒙自老家佴革龙。孙可望率队进驻昆明。然后，由李定国、刘文秀、艾能奇各带一支兵马收复云南各州县。李定国率兵直抵佴革龙，断沙定州水源，大获全胜，并将沙定州及其妻万彩云、妹夫汤嘉宾等叛首押往昆明斩首。此时刘文秀等远征瑞丽奏捷，艾能奇攻下东川，可惜艾能奇在东川一战中中毒箭身亡。此时大西军已取云贵两省。
在大西军经营云贵这两年多的时间，清军鞭长莫及，未能远顾云贵。而南明的南京弘光、福州隆武政权垮台后，南明第三任皇帝朱由榔在广东肇庆即位登基，在何腾蛟、瞿式耜等将领的拱卫下，已在广东与清军相持了数年，但终被清军攻下湖南、广东、广西，何腾蛟、瞿式耜、张同敞、金声桓、李成栋等将领阵亡，永历帝向西逃奔。
1649年农历正月，永历帝朱由榔率内阁大学士吴贞毓等君臣共五十九人，从广西南宁乘船数百里沿左江逃至黔桂滇边界一个叫赖湍的小地方，因水浅难以行舟，永历帝命弃舟上岸而行。此时南明疆土从蒙古到四川广西已全被清军占去，而云贵两省又被大西军占去。除乘坐的那只漂在水面上的木船外，身为大明皇帝的朱由榔实在是头上无片瓦，脚下无寸土。永历帝下船上岸，碰到大西军在该地区巡视的狄三品、高文贵、黑邦俊三将。大西军将领把他们安置在一个叫皈朝的村子里，度过了传统的农历正月初一，然后，永历君臣继续向西走到了云南广南府。大西军狄三品等将这一情况飞报孙可望，孙可望决定派副总兵王爱秀赴广南府，把永历君臣接到贵州安龙居住。孙可望未把朱由榔接到贵阳和昆明十分遗憾，但这一举措，真正从实质上实现了大西军和南明朝廷的联合。孙可望终于称臣于永历帝旗下。
大西军奉永历帝将大西军改为南明军后，便打着明朝皇帝的旗号收编了散失在云、贵、川、湖、桂诸省明军和其他义军，马进忠、张先壁、曹志建、赴印选、胡一清等镇将所率各部均受孙可望调遣协同作战，时在云贵对清军作战的各军皆统称明军。
实现这一系列整合后，孙可望向永历帝上疏，决定南明军出四川湖南对清作战。
