Μετά την ήττα τους στο Σαραντάπορο οι οθωμανικές δυνάμεις συμπτύχθηκαν στην Πτολεμαΐδα και τη Βέροια. Η Ελληνική Κυβέρνηση ενδιαφερόταν για την όσο το δυνατόν ταχύτερη κατάληψη της Θεσσαλονίκης ώστε να προλάβουν την κατάληψη της από τους Βούλγαρους οι οποίοι ενδιαφέρονταν επίσης για την πόλη. Το Γενικό Στρατηγείο λοιπόν διέταξε τη Στρατιά Θεσσαλίας να κατευθυνθεί ανατολικά.Η 7η Μεραρχία στις 15/28 Οκτωβρίου κατευθυνόμενη προς την Κατερίνη βλήθηκε αιφνιδιαστικά από εχθρικά πυρά και αντεπιτέθηκε υποχρεώνοντας τους Τούρκους να υποχωρήσουν προς την πόλη. Την επομένη, 16/29 Οκτωβρίου, η 7η Μεραρχία, επαναλαμβάνοντας την επιθετική της ενέργεια, εισήλθε στην πόλη στις 07:30 χωρίς, όμως, συναντήσει καμία αντίσταση αφού οι Τούρκοι είχαν αποσυρθεί κατά τη διάρκεια της νύχτας. Έτσι, απελευθερώθηκε η πόλη της Κατερίνης, με το τίμημα, όμως, 2 νεκρών αξιωματικών και 19 τραυματιών (3 αξιωματικοί και 16 οπλίτες) που έπεσαν στο πεδίο της μάχης στις 15/28 Οκτωβρίου.
Η ενημέρωση του Γενικού Στρατηγείου για τις τουρκικές δυνάμεις στην ευρύτερη περιοχή των Γιαννιτσών ήταν πολύ ελλιπής με αποτέλεσμα η προέλαση της Στρατιάς Θεσσαλίας προς Γιαννιτσά, στις 19 Οκτωβρίου/1 Νοεμβρίου, να θεωρηθεί ότι θα επιτευχθεί χωρίς καμία σοβαρή εμπλοκή με τα εχθρικά στρατεύματα. Το Στρατηγείο πίστευε ότι οι τουρκικές δυνάμεις θα αμύνονταν στην περιοχή του Αξιού ποταμού. Στις 18/31 Οκτωβρίου, λοιπόν, το Γενικό Στρατηγείο εξέδωσε διαταγή για προέλαση του όγκου της Στρατιάς Θεσσαλίας προς τον Αξιό μέσω της εδαφικής ζώνης βόρεια της λίμνης των Γιαννιτσών. Στα νότια της λίμνης διέθεσε την 7η Μεραρχία, το Απόσπασμα Ευζώνων και την Ταξιαρχία Ιππικού για την κάλυψη της δεξιάς πλευράς της και της Βέροιας από την κατεύθυνση του Λουδία. Η βεβαιότητα ότι στα βόρεια της λίμνης δεν υπάρχει εχθρός ήταν τόσο εδραιωμένη, ώστε ως έδρα του Στρατηγείου ορίζονταν, από το μεσημέρι της επομένης κιόλας, τα Γιαννιτσά. Επομένως, η μάχη των Γιαννιτσών μπορεί να χαρακτηριστεί ως μάχη μη αναμενόμενη.
Η αμυντική τοποθεσία των Γιαννιτσών επιλέχθηκε από τους Τούρκους για να εμποδίσουν την προέλαση των ελληνικών δυνάμεων προς τη Θεσσαλονίκη, προβάλλοντας σταθερή άμυνα. Η θέση αυτή προσέδιδε πολλά πλεονεκτήματα στους Τούρκους λόγω του ανοικτού πεδίου βολής που προσφέρει για τα αμυντικά πυρά, την κάλυψη από το όρος Πάικο, τη δυνατότητα υπεράσπισης με μικρές δυνάμεις και την ύπαρξη στα μετόπισθεν (ανατολικά) παράλληλων αντερεισμάτων που εξυπηρετούν την εύκολη κάλυψη και κίνηση των εφεδρειών35.
Οι δυνάμεις των Ελλήνων αποτελούνταν από την 1η, την 2η, την 3η, την 4η και την 6η Μεραρχία, 1 Ταξιαρχία Ιππικού και 4 Τάγματα Ευζώνων οι οποίες καλύπτονταν από τα αριστερά από την 5η Μεραρχία και από τα δεξιά από την 7η Μεραρχία η οποία μετά την κατάληψη της Κατερίνης προωθήθηκε με αυτό το σκοπό. Αντίστοιχα, οι τουρκικές δυνάμεις υπολογίζονταν σε 25.000 άντρες περίπου, που υποστηρίζονταν από 24-30 πυροβόλα.
Το πρωί της 19ης Οκτωβρίου/1ης Νοεμβρίου του 1912 άρχισε η προέλαση των ελληνικών στρατευμάτων προς τα ανατολικά. Οι ελληνικές Μεραρχίες (2, 3, 4 και 6η Μεραρχία) συγκρούστηκαν κατά μέτωπο με τις τουρκικές δυνάμεις. Η μάχη ήταν μη αναμενόμενη για τον Ελληνικό Στρατό σε αντίθεση με τον αντίστοιχο τουρκικό ο οποίος ήταν καλά οργανωμένος. Παρόλα αυτά οι ελληνικές δυνάμεις κατάφεραν να κάμψουν γρήγορα την αντίσταση του εχθρού και να τον αναγκάσουν να συμπτυχθεί προς τα Γιαννιτσά, ανατρέποντας τα εχθρικά τμήματα και αποκρούοντας τις εχθρικές αντεπιθέσεις.
Κατά τη νύχτα οι Μεραρχίες διέκοψαν τον αγώνα και διανυκτέρευσαν στις θέσεις που είχαν καταλάβει, με σκοπό να συνεχίσουν την επίθεση την επομένη.
Στις 20 Οκτωβρίου/2 Νοεμβρίου η επίθεση των ελληνικών στρατευμάτων υπήρξε σφοδρή. Η 6η Μεραρχία επιτέθηκε και αιχμαλώτισε τμήματα του εχθρικού πυροβολικού καταλαμβάνοντας το νεκροταφείο της πόλης των Γιαννιτσών και οι υπόλοιπες ελληνικές δυνάμεις προωθήθηκαν προς την πόλη των Γιαννιτσών. Η κατάληψη του νεκροταφείου από την 6η Μεραρχία και η προέλαση του 9ου Τάγματος Ευζώνων στα ανατολικά των Γιαννιτσών είχε αποφασιστικά αποτελέσματα. Οι Τούρκοι μπροστά στον κίνδυνο να πλευροκοπηθούν άρχισαν γενική σύμπτυξη. Η 2η και η 6η Μεραρχίες, τότε, επιτέθηκαν σφοδρά εναντίον του εχθρικού μετώπου και στις 11:00 περίπου εισήλθαν στα Γιαννιτσά και αιχμαλώτισαν τον εχθρικό Λόχο. Τα εχθρικά στρατεύματα υποχώρησαν άτακτα προς τον Αξιό ποταμό και πέρα από αυτόν.
Η επιτυχία αυτή στοίχισε στους Έλληνες 188 νεκρούς (10 Αξιωματικοί και 178 Οπλίτες και 785 τραυματίες (29 Αξιωματικοί και 756 Οπλίτες).
Η νίκη στη μάχη στα Γιαννιτσά είχε αποφασιστική σημασία τόσο για την τόνωση του ηθικού των δυνάμεων μας, όσο και για τη συνέχιση των επιχειρήσεων. Χαρακτηριστικό άλλωστε ότι μόλις 6 ημέρες μετά την απελευθέρωση των Γιαννιτσών, η Στρατιά Θεσσαλίας που διάβηκε τον Αξιό και προχώρησε χωρίς να συναντήσει καμία αντίσταση προς Θεσσαλονίκη, μπήκε στην πόλη την 17:00 της 26ης 0κτωβρίου/8ης Νοεμβρίου όπου ο Χασάν Ταξίν πασάς παραδόθηκε, αφήνοντας την στα χέρια των Ελλήνων, παραδίδοντας 1.000 αξιωματικούς, 25.000 οπλίτες, 70 πυροβόλα και 30 πολυβόλα.
Γιαννιτσά 1912, οι νικητές μπροστά στο τέμενος του Γαζή Εβρενός
Παράλληλα με τις επιχειρήσεις στα Γιαννιτσά, η 5η Μεραρχία είχε στο μεταξύ φτάσει στην περιοχή του Αμύνταιου με την προοπτική να συνεχίσει την προέλαση της προς το Μοναστήρι. Το βράδυ της 23ης Οκτωβρίου/5ης Νοεμβρίου προς 24ης Οκτωβρίου/6ης Νοεμβρίου, όμως, δέχθηκε αιφνιδιαστική επίθεση από μικρό εχθρικό τμήμα υπό τη διοίκηση του υπολοχαγού Εσάτ. Ακολούθησε πανικός και η 5η Μεραρχία αναγκάστηκε να υποχωρήσει προς το νότο. Οι Τούρκοι, όμως, δε συνέχισαν την καταδίωξη νοτιότερα του Αμύνταιου αλλά αποσύρθηκαν για να αντιμετωπίσουν τους Σέρβους που κατέβαιναν από το βορρά.
Εξαιρουμένου του αιφνιδιασμού αυτού, η Στρατιά Θεσσαλίας πέτυχε, λοιπόν, σημαδιακές και πολλές νίκες οι οποίες συνεχίστηκαν με την απελευθέρωση της Ελευθερούπολης, της Φλώρινας, της Καστοριάς και της Κορυτσάς.
