安庆失守后，陈玉成退守庐州，这时候他已经不能回天京了，因为天王洪秀全会追究他救援安庆失败的责任。陈玉成在庐州彷徨无计，但是湘军不给他犹豫的机会，多隆阿率大军猛攻庐州。面对此情此景，陈玉成想出一个大胆的计划，虽然这个计划看似荒诞，但是也是没办法的办法。陈玉成把手下的太平军分成两路，一路让扶王陈得才和遵王赖文光率领，远征河南、陕西，而自己率领另一路北上，直取北京。
陈玉成开始按照自己的计划施行，先让赖文光等人出发，自己接着率领军队突围，准备北上。已经投降清军的苗沛霖派人过来劝说陈玉成前往寿州（今安徽寿县），自己率军配合，攻取开封，然后再攻北京。陈玉成听从苗沛霖的谎言，前往寿县，结果中计被擒，在河南延津被杀害，死时年仅二十六岁。
同治元年三月，曾国荃开始进攻天京，他自己率军从长江北岸进攻，让自己的弟弟曾国葆从长江南岸进攻。在彭玉麟、杨载福水师的配合下，曾国荃一路连下长江沿途城镇，五月份便到了天京城外的雨花台。曾国荃的大军让天京城内的太平军很不安，多次派兵出来攻打雨花台，都被曾国荃打了回去。曾国藩非常担心自己这个弟弟的安危，怕他像李续宾一样因为孤军深入而导致惨败，写信提醒他。曾国荃回信说不攻敌人的老巢去攻其他地方有什么意思，虽然攻天京很危险，不过若能成功却是首功一件。
这年秋天，湘军军中瘟疫流行，一半人都病倒了，其中包括曾国藩最小的弟弟曾国葆。李秀成趁机率领十万太平军救援天京，号称六十万。李秀成到达天京后，指挥作战，东起方山，西至板桥镇，密密麻麻的太平军攻湘军雨花台营垒。尤其是湘军东西两边的营垒，这是最为薄弱的地方，也是李秀成下令猛攻的地方。湘军分路抵御，曾国葆当时已经染病，刚好太平军来攻，奋然起身率领湘军作战。太平军首先主攻湘军西边的营垒，连续攻了几天也没攻下来，开始转攻东边的营垒。太平军用尽各种办法攻湘军营垒，都无济于事。李秀成又下令太平军士兵携带木板冲锋，将木板放到战壕上，然后踏着木板越过战壕冲击湘军阵地。湘军用长矛乱刺，太平军死伤无数，后边的太平军接着前冲，拖着死去的太平军继续进攻。战斗中，曾国荃被子弹打中了脸，鲜血直流。曾国荃裹住伤口继续守御。
几天后，侍王李世贤也从浙江率领十万红巾军过来，和李秀成合功雨花台。李世贤领人攻曾国荃“吉”字营的后营，因为那边有湘军的炮台。曾国荃急忙率领人救援，用乱枪射退太平军，然后冲出去贴身肉搏，终于让李世贤的太平军退了下去。太平军又用炸药炸湘军营垒，从塌口涌入，湘军冲出决战，将塌口内的太平军全部杀死，重新守御。有时候看到外边有站在高处举旗督战的太平军，湘军也会突然冲出去将其杀死。在曾国荃的率领下，湘军苦战四十多天，竟然奇迹般地击退了太平军的进攻。
经过这一战，太平军在天京城外死了好几万人。湘军的死伤也非常大，一部分是死于瘟疫，另一部分是死于战斗，连曾国藩最小的弟弟曾国葆也因为耽误治疗而病死。曾国藩对这个情况的感触是很大的，看到湘军的尸体堆积如山，难免有自责之心。曾国藩上奏朝廷，主动承担责任，说是以为自己无德才会出现这种情况。同治帝下诏抚慰，安慰曾国藩，说这都是天灾，你有责任，朝廷也有责任，君臣要同心同德，共同渡过难关。
有人劝曾国荃趁着这次大胜退到芜湖，毕竟死了这么多人，总该休养一下，曾国荃断然拒绝，不破天京，绝不返回。同治二年（1863），曾国荃在彭玉麟、杨载福水师的帮助下，把天京周边的九洑洲、江东桥、方山等地都攻下来了，天京更加孤立。李秀成曾经劝天王洪秀全丢弃天京，逃往其他地方继续抗争，洪秀全不同意，李秀成只好留在天京城里一同防守。
左宗棠和李鸿章平定江浙之后，开始向天京靠拢。同治二年十月，李鸿章率领淮军攻苏州，苏州守将是太平军的慕王谭绍光，拥有十万重兵。谭绍光的手下有八个人，以郜永宽为首，都拥有不少人马，这八个人结成生死同盟，见太平军大势已去，就刺杀掉谭绍光，投降李鸿章。淮军进城后，李鸿章的大将程学启建议李鸿章杀掉这八个人，不然后必为患。
程学启本是太平军出身，投靠清军后，每战都是冲锋在前，十分卖命，现在既然已经接受投降，又要杀了他们，实在是狠毒。李鸿章师从曾国藩，也是十分热衷杀人，第二天假意邀请八个人赴宴，在宴席上将八个人都杀掉。事后淮军又将投降的几千太平军全部屠杀掉。
李鸿章接着和自己的弟弟李鹤章先后攻下了无锡、嘉兴、常州等地，程学启在攻嘉兴的战斗中又是冲锋在前，最先登城，不过不幸的是这次他中了枪弹，死在嘉兴。浙江的左宗棠也攻克了浙江省府杭州，镇守杭州的康王汪海洋率领残部逃往福建。
天京被围困两年多后，粮草匮乏，守城的太平军不得不自己在城里种小麦。曾国荃多次挖掘地道，想用地雷炸开城墙，结果由于太平军的顽强坚守，都不能成功，湘军死伤无数。朝廷见曾国荃久攻天京不下，而李鸿章和左宗棠都已经平定了江浙两地，于是下诏让李鸿章率领淮军赶往天京帮助攻城。
李鸿章是明白人，深感曾国藩提携之恩，怎么会去破坏他弟弟曾国荃的好事，故意迁延时日，迟迟不去帮忙。曾国荃也以别人助攻为耻，加大攻城力度，手下大将李臣典终于派人挖好了地道，曾国荃招募死士进攻，李臣典、朱洪章、伍维寿、武明良、谭国泰、刘连捷、沈鸿宾、张诗日、罗雨春等将领率先进攻，湘军引燃炸药，将天京城炸开一个二十多丈的口子，湘军蚁附争登，涌入天京城。
湘军进入天京后，分路进攻天王府、内城等地，太平军的巨王、幼西王、幼南王、定王、崇王等人全部战死。忠王李秀成保护着洪秀全的儿子幼天王洪天贵福从城南冲出去。为了让洪天贵福能冲出去，李秀成把自己的好马让给了他，而自己却因为没有好马在突围的时候被擒。干王洪仁轩护送洪天福贵逃往江西，却在半路被俘。洪天福贵由堵王黄文金护送到江西不久，就被清军捕获。洪秀全已经在不久前因病去世，湘军将他的尸体挖出来，重新诛戮。
