Để thoát khỏi lực lượng đang rượt đuổi, đoàn ngự giá phải băng rừng về hướng tây để đến đất Lào, đặt chân nơi biên cương của vương triều [An Nam] giáp lãnh thổ của Lào đang thần phục triều đình của Bangkok. Vài tuần sau đó, quân Pháp dưới sự chỉ huy của đại úy Bastide, cùng một đoàn quân địa phương của Quảng Trị, tiến về Tân Sở, nơi chỉ còn ít tàn quân bảo vệ nhưng không có người chỉ huy. Kinh thành Tân Sở “đoản hạn” này bị quân Pháp chiếm lấy vào ngày 19 tháng 9 rồi bị phóng hỏa. Các ngôi làng xung quanh, bị xem là “phiến loạn”, được lục soát kỹ lưỡng rồi một phần bị phóng hỏa thiêu rụi. Kho tàng thì trống hoác: theo những nhân chứng tại chỗ, ngay từ khi Tôn Thất Thuyết lên đường, tất cả những gì còn sót lại (nếu như còn sót lại gì đó) thì đã hoàn toàn bị cướp phá hôi của. Một tháng sau đó, đại úy Petit cho nổ tung kho thuốc súng, phá hủy súng đạn của thành Tân Sở.
Khi rời vùng Cam Lộ, đoàn ngự giá gồm chiếc kiệu của vua, bốn năm chiếc võng của các quan đại thần, mười con ngựa, ba con voi, 50 phu khuân vác, 200 lính cùng những chức quan nhỏ. Khi đến biên giới với nước Lào, đoàn đang ở trên sườn phía tây của dãy Trường Sơn, khu vực thung lũng [sông] Banghiang, phụ lưu của sông Mê Kông, dẫn về đến Xê Pôn [Tchepone]. Từ đây, ở phía tây-bắc có thể đi về Muong-Vang, rồi đến Mahasay (phía đông của Thakhek). Vào thời điểm đó, ở Lào đang là mùa mưa, năm đó, mưa gió lại rất dữ dội: đường đi lầy lội, khó di chuyển, hẹp và nhiều hố bùn. May mắn là người lãnh đạo địa phương của Mahasay [nay là huyện Mahaxay, tỉnh Khammouan] gửi đến năm viên chức cao cấp để dẫn đường, giúp cho đoàn ngự giá đi băng qua tỉnh này. Để cảm ơn sự giúp đỡ, Tôn Thất Thuyết đã trao bốn con ngựa và mười khẩu súng. Nhưng chính quyền tại Bangkok vốn kiểm soát vùng này đã tức thì triệu tập người lãnh đạo tại Mahasay và phạt tiền lên đến 1600 ticals200 bạc (khoảng 2400 quan Pháp) và tịch thu quà tặng của ông Thuyết vì tội: cho đoàn người Việt Nam trên đường trốn chạy đi qua mà không báo cho triều đình tại Bangkok, không được phép của Bangkok và tệ hơn thế nữa, lại ra tay giúp đỡ. Trong thời gian khoảng hai tuần lễ, đoàn hộ giá nhỏ nhoi đã phải băng rừng già dày đặc dưới những cơn mưa tầm tã. Chỉ những quan đại thần mới có chỗ trú mưa, thuộc cấp và phu phen chỉ có lá cọ để che thân, bị muỗi đốt, đĩa vắt hút máu, phải ngủ ở những nơi sình lầy. Đường đi đầy bùn nhão đến mức các chú voi được vận dụng như những xe ủi đất để mở đường, vượt qua những vùng trũng lún, đánh bạt những cây cối lau sậy. Thuyết thử tìm mua thêm voi nhưng không có kết quả vì lệnh nghiêm cấm từ triều đình Bangkok. Trên đường đi sẽ chứng kiến cảnh xác người bỏ lại: phu phen thương vong vì kiệt sức, lính tráng vì bệnh lỵ, quan lại do sốt rét.
200 DG: Đơn vị tiền tệ xưa của Myanmar và nước Xiêm (Thái Lan), tương đương 3 quan Pháp vào năm 1866.
Bản sơ đồ về hành trình của vua Hàm Nghi kể từ khi rời Tân Sở, minh họa theo bài “L’aventure du roi Hàm Nghi” của B. Bourotte, Thanh tra Giáo dục tại An Nam201
201 DG: BAVH số 3/1929.
Đoàn ngự giá sau đó tiến về hướng bắc và dừng chân để nghỉ ngơi ở xã Ban-Tông (nay là Ban Vanchang), vẫn ở trên sườn núi [phía tây] của nước Lào, một vùng có các bộ tộc người Sek, dù dưới sự thống trị của nước Xiêm, vẫn trung thành với triều đình An Nam. Tiếp đó, đoàn hộ giá ít ỏi tả tơi đi ngược lên thung lũng Nam Noi để rồi quay về lại trên lãnh thổ Việt Nam thuộc địa bàn của tỉnh Hà Tĩnh, theo một con đường núi rất khó đi vượt qua đèo Quy Hợp. Các nguồn tin phía Pháp ước tính, sau chuyến đi địa ngục trên đất Lào, khoảng trên dưới bốn mươi người của đoàn ngự giá còn sống sót để về đến Hà Tĩnh. Quan chức địa phương vội đến nghênh tiếp đoàn ngự giá. Ngày 5 tháng 9, đoàn dừng chân ở một chốt tại vùng núi Phú Gia thuộc xã Hương Khê [nay là huyện] và nghỉ ngơi trong một tháng liền. Đoàn được tăng viện với những lực lượng địa phương: lãnh binh Phạm Văn Mỹ của Hà Tĩnh đặt 500 lính địa phương dưới quyền điều động của Tôn Thất Thuyết. Chính nơi đây, vào ngày 20 tháng 9, với tư cách Phụ chánh đại thần, Tôn Thất Thuyết đã ra hịch để tuyên bố việc lên ngôi của vua Đồng Khánh là không chính thống hợp pháp (xem chương 8).
Nhưng đoàn của triều đình không có thời gian để nấn ná vì được tin quân Pháp, với sự hỗ trợ của lực lượng người có đạo đến từ Hà Tĩnh, đang đe dọa doanh trại vua Hàm Nghi từ phía bắc, như vậy phải tiếp tục di chuyển về hướng nam. Đoàn đi đến Bái Đức, một chốt trạm trên đường đèo kiểm soát tuyến lộ giữa hai tỉnh Hà Tĩnh và Quảng Bình. Cuối năm 1885, đoàn ngự giá sẽ ẩn mình ở phía nam của Sông Gianh, ở vùng hiểm trở Quy Đạt.