李鸿章和戈登见强攻不下，就打算利用招降来达到目的。戈登公然向谭绍光致书，向他劝降。谭绍光不加理会，反而用更加猛烈的炮火反击。十八日，李秀成从城外的望亭回到苏州，认为在目前的形势下最好放弃苏州，谭绍光坚决反对。这时，苏州的其他守将郜永宽、汪安钧之流生叛变之心。当天晚上，汪安钧出城，到阳澄湖敌营，偷偷地向早已叛投清军、成为李鸿章手下总兵的程学启投降。主将李秀成知道了此事，可他不但不设法制止，反而对他们说：“现今我主上蒙尘，其势不久，尔是两湖之人，皆由尔便，尔我不必相害。现今之势，我也不能留尔。我乃国中有名之将，有何人敢保我投降乎？”郜永宽一帮人感激涕零，说：“忠王宽心，我等万不能负义。”十月二十日晚，李秀成认为大势已去，便不顾几万太平军安危，带着亲信从苏州胥门逃往丹阳。
十月二十二日晚，郜永宽等又与戈登、程学启进一步商量投降条件。淮军要他使谭绍光先生擒李秀成，或者斩杀谭绍光才肯相信他。二十四日，郜永宽等八人将谭绍光害死并开城降敌，苏州城遂为敌所占。几天之后，李鸿章处死了郜永宽等8人。十一月初二，无锡失守，黄子降被捕后不久遇害。苏州、无锡沦陷后，淮军又兵分两路：一路进窥浙江嘉兴，一路准备进攻常州。
淮军在把突入江阴、常熟、无锡境内的太平军肃清后，又在常州外围集合。同治三年（1864年）三月十七日，淮军水陆协同作战，攻占了常州西南的陈渡桥，切断了太平军通金坛、丹阳之路。十八日，常州城外的战略要点都被清军占领，太平军全部退入城内。淮军又在城壕外构筑长墙，并把大炮移过来，于晚间在护城河上偷架浮桥。四月，淮军发起总攻，以大炮对准旧缺口进行狂轰滥炸。至初六，南城、北城各被轰塌十余丈，淮军从缺口涌入。太平军与突入之敌展开激烈的巷战，淮军占领常州城，但却付出了巨大代价。四月初八，提督冯子材又占领了丹阳。至此，苏南各城又一一被清军收复。
当各路湘军节节东犯，曾国荃部大军开临天京时，镇守浙江的太平军李世贤、黄呈忠、范汝增等部，也受到敌人的东西夹击。
浙东方面，清军与英法侵略军串通一气，于同治元年（1862年）四月十二日攻陷宁波。
七月初七，洋将马梁惇率“常胜军”一队自上海到达宁波，和“常捷军”会胜，协同进犯余姚，威逼绍兴。黄呈忠、范汝增部于八日对敌进行反攻，进占慈溪，威胁宁波。“常胜军”统领华尔奉李鸿章之命，率千人自上海来到宁波，于七月十六日攻占慈溪。在这次战斗中，华尔中弹身亡。同治二年（1861年）正月，浙东的中外反动联军再次发起进攻，正月二十六日他们占领绍兴，二月初二又占领萧山，其先头部队直抵杭州城下。
浙西方面，新任浙江巡抚左宗棠于同治元年（1862年）一月中旬率领部下从皖南进入浙江后，不久连占开化、常山、遂安、江山等地。五月四日，左宗棠由江山进至衢州，所部湘军沿汤溪、兰溪一线驻扎，构成对金华的威胁。从五月起，李世贤部在龙游、汤溪、兰溪一线顽强抵抗左宗棠所部湘军。同年秋，浙江布政派蒋益澧率湘军近万人由广西到达浙江，接受左宗棠领导。而太平军方面，由于曾国荃部围困天京，但调回李世贤，留浙的太平军兵力减少。于是，左宗棠乘机带领大军于当年冬天对浙西太平军发起新的攻势。同治元年（1862年）十一月二十日攻破严州，次年正月初十攻陷汤溪，十二日攻陷龙游、兰溪。十三日，太平军放弃金华城。接着，旬日之间，湘军又接连攻破武义、永康、东阳、义乌、诸暨、桐庐，二月初六开始进攻杭州西南的富阳。
富阳是湘军进攻杭州的必经之地，地理位置很重要，县城背江面山，右阻一溪，形势险固，太平军占领杭州，即在此安营扎寨，修筑城池。湘军蒋益澧部自二月下旬开始进攻富阳以来，刚开始，屡为太平军守将汪海洋部所败。直至八月二十七日，才在“常捷军”
千余人的帮助下攻占该城。湘军占领富阳之后，便由钱塘江直逼杭州。同时，又在余杭布署部队，企图断了杭州太平军的后路。于是，双方在杭州、余杭展开了激烈的争夺。
同治二年（1863年）底，苏南战场的军事形势对太平军很不利，苏州、无锡落入敌手。
淮军一方面进攻常州，另一方面又分兵进入浙江，进攻杭州东北的重镇嘉兴。嘉兴附近的平湖、乍浦、海盐、澉浦、海宁、桐乡等地的太平军守将纷纷叛降。同治三年（1864年）二月，嘉兴又落入敌手，坚守杭州的太平军陷于敌人兵分三路的重重包围之中。
二月初十，湘军和“常捷军”联手对杭州发起猛攻，用大炮轰塌凤山门城垛约三丈，蜂拥而入，却又被太平军全部逐出。十二日，敌军向武林、钱塘、凤山、望江、清泰等门发起猛烈进攻，太平军坚决抗击，使湘军遭到重创。当天晚上，守将陈炳文等率部弃城、奔向北方的德清，杭州于次日晨落入敌手。同日，汪海洋弃余杭北走，余杭也失守了。
二月二十七日，李世贤会同陈炳文、汪海洋、黄呈忠、陆顺德等，自德清抵浙西昌化，打算离开浙江、进入安徽。杨辅清、黄文金等留守湖州。至此，湘军基本上占领了浙江全省。
苏南与浙江根据地的丧失，使天京失去了东南屏障，军需和粮食供应断绝，越来越被动。
天京陷落
同治二年（1863年）十月十五日，巡抚曾国荃及提督萧太衍部驻扎在天京城东孝陵卫。
天京城此时只剩下太平门、神策门尚与外界相通。
十一月初十，李秀成自丹阳回到天京的第二天就向洪秀全建议：“鉴于湘军壕深垒固，封锁严密，天京内无粮草，又难以获得外援，不如放弃天京，取道江西和湖北会合陈得才、赖文光所部太平军，到中原地区争取更大发展。”洪秀全厉声斥责说：“朕奉上帝圣旨，天兄耶稣圣旨下凡，作天下万国独一真主，何惧之有……朕铁统江山，尔不扶，有人扶。尔说天兵，朕之天兵多过于水，何惧曾妖者乎!尔怕死，便是会死，政事不与尔干，王次兄勇王执掌，幼西王出令，有不尊幼西王令者合朝诛之。”洪秀全厉声驳斥了李秀成的建议，坚持固守天京，并且怀疑李秀成对其不忠。此时，他不但不再过问太平军的有关情况，而且向他报告情况时，他总是期待上帝保佑，胡言乱语，不务实际。
被围困的天京形势十分紧迫。洪秀全动员全城军民抵抗，并下达严格命令：如有私拆城外清军投来书信的，全家抄斩；知情不报者以奸妄论处。
这时，浙江战场的太平军转而争取主动，陆续向外突围。第一批约8万人，于同治三年（1864年）一月，从溧阳、广德、宁国进入天目山区，又向闽、赣地区挺进。第二批约20万人，在李世贤率领下，从浙江德清出发进军江西。第三批约3万人，从丹阳经皖南向江西突围时，遭到敌人的拦截，死伤无数。
曾国荃为了尽快攻下天京，增加围困天京的湘军至5万人。
湘军于同年一月二十一日，攻占了紫金山巅的天保城。二月二十四日，曾国荃部在太平门、神策门外驻扎，对天京形成合围之势。
天京城内粮食断绝，处境艰难。李秀成要洪秀全降旨筹粮，以稳定军心、安抚百姓。
洪秀全下诏说：“合城俱食甜露，可以养生。”李秀成因城中无粮，劝洪秀全将城中百姓放出城外。洪秀全斥李秀成：“不顾国体，敢放朕之弟妹外游。各遵朕旨，多备甜露，可食饱长生，不由尔奏。”二月间，曾国荃包围金陵后，用云梯攻城，但没有成功。三月开始，在朝阳、神策、金川门外挖掘十余处地道，准备将城墙轰塌。太平军一面组织力量从城内对挖，进行破坏，一面又加紧构筑月城，以便城墙轰塌后继续拼死抵抗。
同治三年（1864年）四月二十七日，天王洪秀全病逝，享年51岁。这时，天京人心惶惶，动荡不安。五天之后，全朝文武扶幼天王洪天贵福即位，由忠王李秀成执掌一切军政事务。
湘军于五月三十日攻占紫金山地保城，这样湘军就居高临下，可以监视城内的动静。
湘军在龙脖子山麓修筑数十座炮台，日夜轰炸天京，压制太平军的炮火，掩护其攻城；同时，在龙脖子山麓与城墙之间填塞大量芦苇、蒿草，上面盖上沙土，高度与城墙齐，为攻城铺平道路，还在附近距城十数丈处昼夜不停地挖地道，准备轰城。半个月后，湘军做好了一切攻城准备工作。
李秀成见湘军马上就要攻破城池，于六月十五日深夜，选派千余人乔装打扮成湘军，冲出城去，企图破坏太平门附近的地道，却被湘军认出，只好退回城内。
同治三年（1864年）六月十六日，担任主攻任务的湘军部队齐集太平门外。午刻，轰发地雷，城墙被炸开了很大缺口，湘军蜂拥而入。太平军纷纷以枪炮猛烈轰击，虽给湘军以重大杀伤，但缺口最终未能被堵住。湘军由太平门入城后，兵分四路直插城内。太平军同湘军展开了激烈的巷战。黄昏时分，天京各城门均被湘军打开。
当天京城破时，李秀成为了效忠、保住天王的骨肉——幼天王，挥泪辞别了老母，舍弃家室，独护幼天王冒死突围。但由于各门均被湘军严密把守，几次突围均未成功。深夜三更之后，李秀成让幼天王骑上自己久经疆场的战马，而自己却骑着幼天王那匹劣马，再次突围，他冒死冲锋陷阵，带领幼天王从城墙倒塌的缺口向城外冲击。湘军穷追不舍，喊声震天，李秀成和幼天王被敌人冲散，彼此不知下落。李秀成因劣马疲劳过度，加上天已大亮，便弃马逃入荒山顶的破庙躲避，后来乡民发现了他并把他密藏于村中。由于奸细告密，于六月十九日湘军俘获了他。李秀成在自述中谈到了他的被俘经历：“我战马幼主骑去，现在生死未知。我若仍骑战马，我亦他逃矣。”
李秀成在囚笼里写了洋洋洒洒的万言供词，主要内容如下：
第一，详述了太平天国运动的整个历史及他本人的经历。
第二，总结了太平天国失败经验教训和主要原因，指出太平天国的十大错误。
第三，指出曾国藩应用10种办法来招降太平军余部，叫作“招降十要”或“收齐章程”。招降十要的主要内容是要曾国藩恩赦两广之人，给票令回，要求不杀南京城内的太平军将士，不管是王是将，不管是何处之人，一律不要杀害，赦其死罪。李秀成写完供词的当天晚上，就被曾国藩杀了，年仅41岁。
湘军在大肆抢劫之后，火烧天京城，以消灭罪迹。全城上下，火光冲天，一直燃烧至七月二十五日。城内的太平军将士，或战死疆场，或被抓捕杀害，或聚众自焚，十余万人无一人投降。湘军围城有两年多时间，期间有一万多人死于疾病，九千人战死，同样付出了高昂的代价。
同治三年（1864年）六月，幼天王洪天贵福从天京突围出来，在江苏东坝与率兵来迎的洪仁轩相遇，两人一起回到皖南广德。七月十二日，洪仁轩到湖州打算和黄文金等坚守城池。左宗棠部湘军、李鸿章部淮军派重兵围攻湖州，守城太平军顽强作战，数次大败清军，但守将陈学明于七月二十五日叛降了清军，形势对太平军极为不利。洪仁轩、黄文金等只好于二十七日夜弃湖州退往广德，二十八日夜，护幼天王离开广德、奔向宁国、昌化。
途中，黄文金受伤牺牲，洪仁轩护幼天王于八月二十二日经开化、常山等地，进入江西玉山，企图会合先期入赣的李世贤、陈炳文及汪海洋等部，再入湖北会合陈得才部，以图重振太平天国大业。没想到李世贤等部已转移至赣、粤、闽三省边界地区。洪仁轩急忙带领部队追赶他们，九月九日却在石城杨家牌遭敌袭击，幼天王与洪仁轩等在混乱中失散。洪仁轩北走广昌，在白水镇被俘。幼天王逃至石城荒山野岭中，但最终被敌捕获。年仅16岁的幼天王于十月二十日在南昌被凌迟处死。洪仁轩被俘后，于同年十月在南昌英勇就义。
就义前他慷慨吟诗，痛骂当今清朝的昏庸统治，而坚信革命事业会后继有人。诗的最后几句是：“我今即永逝，一语贻后贤。天国祚虽斩，复生待他年。”
天京失守后，太平军余部仍在大江南北坚持斗争，侍王李世贤和康王汪海洋所部太平军在江南和东南沿海地区继续努力反清。天京失陷后，他们率部由江西出发向福建南部的汀州和漳州发起进攻，并以漳州为根据地建立政权，所属军队有20万，屡败清军。同治四年（1865年）二月，左宗棠在英、法侵略者帮助下又重新夺回漳州。四月，李世贤兵败藏在山中，汪海洋杀死李世贤的部将，把其部众并入己部。后李世贤来投奔汪海洋，竟遭汪海洋杀害。同治五年（1866年）一月，汪海洋在广东嘉应州战役中阵亡。自此，长江以南的太平军彻底失败。
赖文光所部太平军一直活动在长江以北。同治三年（1864年）九月，太平军以赖文光为统帅，按太平军的编制、制度进行统一整编。次年四月在山东曹州歼灭僧格林沁的马队，杀死僧格林沁。于同治五年（1866年）分为东西两路，互为犄角之势。赖文光率部入山东，张宗禹率部进入陕西联合起义力量，同治六年（1867年）赖文光军兵败山东；第二年一月赖文光在扬州地区被捕牺牲。张宗禹军得知后，速回山东救援，同治七年（1868年）在山东西北部被歼灭。
云贵高原一直活跃着各少数民族的起义队伍，他们一直坚持到同治十一年（1872年）至光绪二年（1876年）才最终失败。
洋务运动的兴起
兴办企业
从19世纪60年代开始，洋务派以“自强”为口号，依照西方资本主义国家的方法来研制新式枪炮和船舰，兴办了一批军事工业企业。其中规模较大的军工厂主要有：
江南制造总局。同治四年（1865年），在曾国藩支持下由李鸿章在上海建立。总局购买了美国旗记机器铁厂和苏州制炮局的部分机器，同时又委派容闳从美国购进一部分机器，综合构成该局的生产设备。创办经费为54万余两白银，以后又投入很多经费。拥有工人二千余人，在洋务派创办的军工企业中，规模最大。主要是生产枪炮、弹药、水雷和小型船舰。该局还附设译书馆，翻译西文书籍。
金陵机器局。同治四年（1865年），李鸿章署理两江总督时，把他在苏州创办的洋炮局迁到南京并加以改造扩建而成。主要生产枪支、火炮，为淮系军阀供应军火。
福州船政局。同治五年（1866年），左宗棠在福州闽江马尾山下设立该局，也称马尾造船厂。该局以47万两白银起家，是洋务派创办的规模最大、设备最齐全的轮船修造厂。该厂还附设船政学堂，专门教授英语、法语、算法和画法，为驾驶轮船和造船培养专门人才。
该局系南洋水师的基地。
天津机器局。这是同治六年，崇厚在天津筹建的，英国人密妥士任总管，从国外购买机器，制造火药。虽耗资巨大但成效不佳，同治九年（1870年）李鸿章调任直隶总督时接管了该厂，招募洋匠，添置设备，扩大规模，使该局有了一些起色。随后又扩大规模，分为东、西两局。东局设在天津城外东南方的贾家沽，西局设在天津城南海光寺。主要生产弹药、水雷、炮架、洋枪等。