洪秀全帶領數十萬太平軍從武昌直驅南京，南京戰役是從明朝以來，漢人軍隊首次全殲一支八旗軍戰役，而且也是一次戰役殲滅八旗軍最多的戰役。
當時在南京的八旗軍首領是滿洲鑲紅旗的欽差大臣兼署兩江總督，江甯将軍的祥厚。這裡也是八旗軍在東南地區最大的駐軍地，有3000滿洲披甲和1000蒙古披甲，合計4000八旗軍駐防，加上家人、奴仆有2萬多人。
鹹豐三年1月28日，太平軍先鋒李開芳沖到南京城下，汪士铎稱太平軍：“破江甯日，口稱二百萬，七八十萬人足數也，自城外至江東門一望無際，橫廣十餘裡，直望無際，皆紅頭人”。
太平軍以數千斤大炮晝夜轟擊城牆和城門，并且開始挖掘多處道地，采用大量火藥轟城，城内的天地合全面起來暴動。2月10日，太平軍三處道地爆炸，在大炮與道地炸藥的共同作用下，太平軍終于從儀鳳門突破，但是遭到八旗軍反擊，突入的太平軍突擊隊都被殲滅。
随後，太平軍從聚寶門在内應接下再次實作突破，但是八旗軍退入滿城繼續堅守，東王楊秀清親自指揮數萬太平軍發動沖擊，八旗軍所有人都上城抵抗，就連女人也拿起了刀矛和鳥槍，老人和孩子就在旁邊呐喊助陣。
八旗軍打的非常瘋狂，太平軍幾次攻擊失敗，在城下堆積了數千屍體，随後，東王繼續調動更多的太平軍連續發動沖擊，想實作真正的突破。就這樣戰鬥了好幾天，城内的八旗軍已經有人“力盡氣竭而死”。
最後，太平軍終于沖進滿城，八旗軍首領祥厚等人自殺，洪秀全下令全城抓捕旗人，抓住一個無論老幼男女賞白銀5兩，最後殺光了城内所有的2萬旗人。但是太平軍南京攻堅戰，也損失了數萬老兵。
由于太平軍雖然有70-80萬，但是真正的戰鬥部隊隻有十幾萬人，其他都是家屬和沿途拉來的各種老百姓，南京一戰損失數萬戰鬥兵，又要發動西征奪取安慶、九江、武昌等地，還要保護南京的安全，是以隻能派出2萬人北伐，喪失了最佳機會，這也間接導緻了太平天國最後的失敗。