崇祯十六年，五月，在天亮以前，王光恩派人箭书将信件射入西营军中。信中王光恩表露了归顺桂藩“行营”的意思，并与张献忠约定好了里应外合，举火夺城的时间。
张献忠身边新近得宠的一位谋士汪兆龄对此多有质疑，他严重怀疑王光恩此人天性狡诈，与大西军约定时间夺城，可能只是一个陷阱。冒然按照信上时间出兵，反而可能落入王光恩的彀中，损兵折将。
但是徐以显、张可望还有张定国三人，全都力劝张献忠当机立断，不可错失良机。张定国更是主动请缨，表示愿意率领先锋部队，先行夺城，如果真的有诈，也不至于使得大西军损失太大。
张天王将大胡子一甩，拔出宝剑，一剑斩断案板，叱道：“入他娘的！咱老子亲自上！”
张献忠主意已定，马上就组织兵马，等到城墙上闪亮起王光恩约好的火把信号以后，装模作样攻城好几天的大西军，立刻雄风大振，全力攻城。
王光恩则派他的兄弟王光泰和王昌率兵控制城门，自己则和潘独鳌率领锐士数百人，直扑府衙官署。樊一蘅和高斗枢两人尚在梦中，猝不及防，马上就被王光恩控制住了，其余川兵，由于此前蜀王被乱兵所杀一事，本来就人心惶惶，生怕自己也被治罪。大西军一攻破城门，张定国率先拿出桂王朱由榔的诏书，宣布城中军民，无论前缘，一概赦免。
守军因此皆无固守之心，数万团练兵，一时大溃。其余一些有头有脸的成都士绅名流，则在大西军拿出桂王诏书以后，也全部半信半疑，不知如何是好。
作为城中官绅主心骨的樊一蘅和高斗枢又被王光恩给控制住了，成都全城的抵抗终于彻底瓦解。
张献忠又在张可望的建议下，做足了场面话，特意张起黄盖，又树立起一面“明”字大旗、一面“朱”字大旗，还有一面“桂”字大旗，大摇大摆地入城了。
直到这时候城中官绅才终于确信，大西军居然还真的是拥戴桂王入城！
本来被王光恩俘虏，正欲寻死殉国的樊一蘅、高斗枢二人，也因此立场动摇。这其中高斗枢本来就和王光恩关系密切，潘独鳌又亲为二公释绑，取出桂王朱由榔所写的册封张献忠为“天王”、王光恩为“翼王”的监国诏书。
樊一蘅与高斗枢互相看了看，都觉得这时的情况十分尴尬，又让人无所适从。可是自己的性命握在敌人的手中，桂王又确实是一个崇祯死后有权力继位的近支宗室，一时无法，也只好跪地受诏。
张献忠占领成都以后，立即照允前诺，以崇祯皇帝已为东虏杀害，天下无主，皇位虚悬为名，拥立桂王朱由榔继承大统。
在一番简陋的登极大典以后，张献忠便越俎代庖，宣布改元太平天国。太平天国这个年号，固然是张献忠和朱由榔两人身为天主教教徒，受到了耶稣会传教士安文思的影响。但本身也颇符合传统，毕竟宋朝时宋太宗便使用过太平兴国的年号。
张献忠又以成都为西京，蜀王府邸为天王府，并令跟随张天王多年的老兄弟，工匠出身的新任尚书王应龙督造皇宫——事实上就是把豪华的蜀王府据为己有，而让屁股还没坐稳的新皇帝天国皇帝朱由榔蜗居在巡抚衙门里。
除此以外，为了尽快平定全川，收编那些一直在和大西军为难的官绅武装。张献忠还是做出了一些让步，虽然事实上太平天国朝廷的一切大政皆出于天王府，永历不过是被置于笼中，可终究委任了德高望重的樊一蘅为首席大学士兼礼部尚书，高斗枢为东阁大学士兼刑部尚书。
当然，太平天国朝廷的实权既然操于张献忠的手中，他就不会真的把权力交给刚刚归顺自己的两个明朝督抚。
立下大功的潘独鳌终于实现了自己白衣卿相的梦想，以东阁大学士兼兵部尚书入阁办事，徐以显则任吏部尚书，汪兆龄则为户部尚书，王应龙为工部尚书。
除此以外，为了收拢四川人心，张献忠又找来了四川广元人吴宇英担任川北巡抚。为了招揽割据四方和大西军为敌的明军官绅武装，张献忠同样不吝官爵，发出了许多公侯伯爵，用来拉拢曾英、杨展、朱化龙等许多割据明军。
最重要的军事方面，张献忠除了自封天王以外，即以翼王王光恩为通军主将，坐镇成都（实际上是将王光恩控制在大西军包围之中，使得王光恩的翼殿不能发展实力）。之后又给自己的义子广封王爵，先是令其恢复本来姓名，然后便以孙可望为东王和右军主将，李定国为西王和左军主将，艾能奇为北王和前军主将，刘文秀为南王和后军主将。