洪秀全带领数十万太平军从武昌直驱南京，南京战役是从明朝以来，汉人军队首次全歼一支八旗军战役，而且也是一次战役歼灭八旗军最多的战役。
当时在南京的八旗军首领是满洲镶红旗的钦差大臣兼署两江总督，江宁将军的祥厚。这里也是八旗军在东南地区最大的驻军地，有3000满洲披甲和1000蒙古披甲，合计4000八旗军驻防，加上家人、奴仆有2万多人。
咸丰三年1月28日，太平军先锋李开芳冲到南京城下，汪士铎称太平军：“破江宁日，口称二百万，七八十万人足数也，自城外至江东门一望无际，横广十余里，直望无际，皆红头人”。
太平军以数千斤大炮昼夜轰击城墙和城门，并且开始挖掘多处地道，采用大量火药轰城，城内的天地合全面起来暴动。2月10日，太平军三处地道爆炸，在大炮与地道炸药的共同作用下，太平军终于从仪凤门突破，但是遭到八旗军反击，突入的太平军突击队都被歼灭。
随后，太平军从聚宝门在内应接下再次实现突破，但是八旗军退入满城继续坚守，东王杨秀清亲自指挥数万太平军发动冲击，八旗军所有人都上城抵抗，就连女人也拿起了刀矛和鸟枪，老人和孩子就在旁边呐喊助阵。
八旗军打的非常疯狂，太平军几次攻击失败，在城下堆积了数千尸体，随后，东王继续调动更多的太平军连续发动冲击，想实现真正的突破。就这样战斗了好几天，城内的八旗军已经有人“力尽气竭而死”。
最后，太平军终于冲进满城，八旗军首领祥厚等人自杀，洪秀全下令全城抓捕旗人，抓住一个无论老幼男女赏白银5两，最后杀光了城内所有的2万旗人。但是太平军南京攻坚战，也损失了数万老兵。
由于太平军虽然有70-80万，但是真正的战斗部队只有十几万人，其他都是家属和沿途拉来的各种老百姓，南京一战损失数万战斗兵，又要发动西征夺取安庆、九江、武昌等地，还要保护南京的安全，因此只能派出2万人北伐，丧失了最佳机会，这也间接导致了太平天国最后的失败。