這一戰的策劃人是曾國藩。

攻破天京的主力是曾國藩的第九個弟弟曾國荃。再加上外圍的左宗棠和李鴻章的支援。

所以在1864年在曾國藩的策劃下透過挖地道的方式，用炸藥炸開了天京城的城門。而此時在太平天國方面，洪秀全因為吃野草兒生病死了。在城門被炸開了以後，忠王李秀臣原液帶著幼天王洪天貴。從缺口衝出去了，可是他將馬讓給洪天貴福逃命，而自己與大部隊失散。最終被俘被殺而洪天福貴相繼也在後面被殺。太平軍餘部在進入廣西福建，1865年汪海洋戰死。剩餘的部下全部被殺，至此太平天國宣告前面滅亡。

自安慶失守後，天京（今南京）以西盡為清軍之天下。由安慶潰退到壽州的英王陳玉成，被投降清廷的守將苗沛霖（原皖北團練頭子，後歸附太平軍，封奏王）設計抓獲，解送清營後遭凌遲處死。從此，太平軍在西線戰場上的防禦與抵抗力量更趨薄弱，曾國藩兄弟的湘軍、李鴻章的淮軍得以輕而易舉的攻破了安徽以及長江沿線的一個個太平軍據點。

曾國藩認為自己在政治、軍事、經濟以及輿論方面已積蓄了相當的實力，向太平天國發動大規模進攻的時機已然成熟，1862年，他下達了向太平天國發起總攻的命令。隨後，清軍兵分十路向天京撲來，準備向太平軍發起最後的同時也是最致命的一擊。

曾國藩採取先打外圍，後攻天京的戰略方針。他用部分兵力圍困天京，卻圍而不攻，而將主力擺放在浙江、蘇南兩個主戰場上。左宗棠的楚軍在浙江圍剿太平軍李侍賢、陳坤書部，李鴻章則指揮淮軍在上海與李秀成部太平軍展開激戰。湘淮軍還“借師助剿”，花重金僱來了英華人戈登的“洋槍隊”配合作戰，很快就攻下了上海、浙江的大部分重鎮。

1862年5月，曾國荃親率2萬餘湘軍吉字營官兵快速東下，用不到兩個月的時間，接連攻破了數個城鎮，將大營紮在離天京不足4裡的雨花臺。湘軍水師9000餘人則在將領彭玉麟的率領下，乘戰船沿長江東下，接連攻取了太平軍部署在頭關、江心洲、浦包洲的軍事防禦堡壘，一直進抵到天京城下的護城河口。

曾國荃的部隊將天京圍的像個密不透風的鐵桶一般，因此他得了個綽號“曾鐵桶”。而湘軍水師則乘機截斷了太平軍的水上運輸通道，等於斷絕了天京的糧草、軍用物資的通道，天京城被湘軍四面包圍，一時間危若累卵。

洪秀全自進入天京城後就一直躲在後宮裡花天酒地，基本足不出戶，過著驕奢淫逸的生活。湘軍的突然出現完全出乎他的意料，惶恐不安的他急召李秀成率師回京救援。李秀成率20萬人馬，號稱60萬，兵分三路回援天京。決定天國命運的“天京會戰”開打，雙方都不敢掉以輕心，皆全力以赴。李秀成雖然人數佔優且驍勇善戰，但圍城湘軍外有長江水師增援，糧餉、軍械、援軍均可源源不斷而來。而太平軍沒有水上優勢，糧道被截斷，打到最後竟然連吃飯都成了問題。

湘軍悍將曾國荃素以霸蠻、頑梗著稱。面對李秀成的兇猛進攻，他督率將士拼命死守，死戰不退，雙方血戰了46天，損失均極慘重，到11月，太平軍糧草不濟，又缺冬衣，士卒疲憊不堪，李秀成無奈，只好率救援部隊退入天京城內。這一仗，湘軍也打得很慘，軍中又鬧瘟疫，死傷極重，但善於“扎死寨，打硬仗”的倔強九帥曾國荃，硬是憑著一股蠻勁堅持了下來，還擊退了太平軍一波波的凌厲攻擊。後來，湘軍又成功地瓦解了太平軍“進北攻南”以解天京之圍的軍事行動。從此，長江北岸全被湘軍控制。太平軍只能困守天京孤城，再也無力發動攻勢，曾氏兄弟取得了戰略主動權。

從1862年5月到1864年6月，曾國荃圍困天京整整兩年。由於太平軍浴血奮戰，拼死抵抗，湘軍傷亡2萬餘人，雖陸續增兵，但仍無法攻克天京城。

清廷焦急萬分，連下6道詔書，催逼曾國藩不惜一切代價迅速攻下天京。於是，曾國荃不顧傷亡，天天督促部下猛攻天京。此時的天京城裡，猶如汪洋中的孤島，內無糧草，外無救兵，軍民們沒東西可吃，甚至連樹皮、草根、觀音土都被吃光。6月初，天王洪秀全於驚恐中突然死去，城中人心浮動，更惶惶不安了。1864年7月19日，曾國荃麾下猛將李臣典部用炸藥轟塌南京城牆一角，湘軍從缺口處如潮水般的衝入城內。太平軍殘餘力量雖然與之展開了激烈的巷戰，但數千面無人色的孤軍對抗數萬急於發財並殺紅了眼的湘軍，畢竟實力懸殊。太平軍殘部大多戰死，其餘的誓死不降，集體自焚。太平天國建都11年的天京，終於被湘軍徹底攻陷。

趙烈文《能靜居日記》記載：湘軍攻入南京後，首先展開大肆屠殺，僅3日內就有10餘萬人被屠戮，秦淮河上，浮屍如麻，河水盡赤。隨後開始搶掠，太平天國聖庫中以及諸王所存財物，均被洗劫一空，民間財富也被搶劫、搜掠的乾乾淨淨，婦女更是慘遭荼毒......湘軍從上至下,均大發橫財。為掩蓋罪惡，曾國荃命士兵縱火焚城，大火連燒7天7夜，繁華六朝古都，頓成人間地獄。史載，南京遭此浩劫，30多年都恢復不過來。太平天國後期的中流砥柱忠王李秀成被俘後變節。他在囚籠裡寫下數萬字的“自供書” ，出於害怕李秀成說出南京陷落後湘軍大肆燒殺搶掠的真相，以及其他的一些顧忌，在李剛剛寫完供詞的當天下午，就被曾國藩迫不及待的下令處死了。

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太平天國和李自成等農民起義軍不一樣，它不是流寇式的武裝團體，而且建設了自己的，組織比較嚴密的國家政權，那既然是個封建式的國家政權（封建神權式？？），那自然有封建國家的通病，而且由於太平天國的國家組織非常失敗，所以其陷入頹靡也特別快，到了1864年，太平天國政權有一個很大的特點，就是太平軍的戰鬥力已經嚴重下滑（只有少量精銳部隊戰力強大），這在之前浙江包村之戰中已經體現得淋漓盡致。

天京之戰的前奏是雨花臺之戰，這次戰役中太平軍的表現可謂奇葩，數十萬大軍血戰46天，竟然打不破湘軍一萬前鋒（湘軍總計三萬，但大部分已經染上疫病，有戰力者不到一萬），這使得天京城很順利地就被湘軍圍困，接著李秀成帶兵在天京外圍轉戰，企圖用圍魏救趙之計打破圍困，然而卻很不順利，上游的江北皖南幾乎被湘軍搞成無人區，使得太平軍無力堅持，回撤渡江過程又被清軍痛擊，結果江北全丟不說還死傷慘重，同時，蘇浙戰爭也被左宗棠擊破，天京被包圍地越來越嚴密，成為孤城。

然而太平軍畢竟經營天京城11年，城外各路防禦設施完備，所以清軍圍攻也不順利，但是此時太平軍的兵力幾乎損失殆盡，城內又斷糧，所以天京城內能戰之人僅有數千（不過都是老兵）。

1863年11月25日，曾國荃進扎城東孝陵衛。這時，湘軍已攻陷天京外圍的所有城鎮要點， 天京城只有太平門、神策門尚與外界相通，外援斷絕。李秀成於12月21日向洪秀全建議， 鑑於湘軍壕深壘固，圍困甚嚴，天京又內無糧草，外援難至，不如“讓城別走”，遭到洪秀 全拒絕。這樣，太平天國革命事業的最後一線希望喪失了。

1864年2月28日，湘軍攻佔了紫金山巔的天保城。3月2日，曾國荃部進駐太平門、 神策門外，完成對天京的合圍。

曾國荃部合圍金陵之後，曾於3月14日用雲梯攻城，但未得逞。4月開始，在朝陽、 神策、金川門外挖掘地道十餘處，準備轟塌城牆，太平軍一面組織力量從城內對挖，進行破壞，一面構築月城，以便城牆轟塌後繼續組織對抗。

1864年6月1日，天王洪秀全病逝（一說自殺），終年50歲。此後，天京人心愈加不穩。幼天王洪天貴福即位，一切軍政事務統歸忠王李秀成執掌。

7月3日，湘軍攻佔天京城外最後一個據點地保城（即龍脖子），從而能夠居高臨下， 監視城內動靜。湘軍在龍脖子山麓修築炮臺數十座，對城內日夜轟擊，壓制太平軍的炮火，掩護挖掘地道。同時，在龍脖子山麓與城牆間大量填塞蘆葦、蒿草，上覆沙土，高與城齊，為攻城鋪平道路。半個月後，湘軍攻城準備基本完成。

李秀成見湘軍攻城在即，於7月18日深夜，選派千餘人偽裝湘軍，衝出城去，企圖破壞太平門附近的地道，結果被湘軍識破，只得退回城內。 7月19日晨，湘軍擔任主攻任務的部隊齊集太平門外。 中午，湘軍用地雷轟塌城牆，湘軍蜂擁而入。太平軍紛紛以槍炮還擊，用大桶火藥潑灑，雖給敵人以重大殺傷，但沒能擋住湘軍的攻勢。與此同時，湘軍水師各營會同陸師奪取了水西、旱西兩門，傍晚前後，天京全城各門均為湘軍奪佔。

李秀成於19日晨自太平門敗退後，即回到天王府，獨帶幼天王，由數千文武護送， 奔向旱西門，企圖由此突圍出城，結果為湘軍陳湜部所阻，只得轉上清涼山。入夜，折回太平門，偽裝湘軍由缺口衝出，向孝陵衛方向突圍。不久，李秀成與幼天王失散，便分道奔逃。三天後，李秀成在方山附近被俘，8月7日，在寫完供詞後，被曾國藩殺害， 年僅40歲。城內守軍與入城湘軍展開巷戰，大部戰死，一部自焚。