天京解圍戰失敗後，李秀成被“嚴責革爵”。洪秀全見解圍未果，又定下“進北攻南”計劃，決定再次采用1860年破江南大營的策略，責令李秀成率軍北渡長江，繞過安慶，西襲湖北，以調動湘軍分兵回援，緩解京圍。1862年12月，第一批太平軍數萬人從天京下關渡江，進軍皖北。1863年2月底，李秀成率第二批部隊渡江，並於3月占浦口，4月占江浦。由於當時沿途各地已被敵人破壞得一片荒涼，糧食供應困難，加上處處受到阻截，隊伍遭到嚴重損失。而曾國藩已識破太平軍企圖，令曾國荃堅守大營，不為所動，繼續圍困南京。
因天京形勢緊急，洪秀全不得不再急令李秀成速回天京。6月20日，李秀成率部由九洑洲南渡抵京。“進北攻南”戰略失敗，李秀成損兵折將，銳氣大傷，失去太平軍將士數萬人。從此以後，太平軍就無力再組織大規模的進攻，不得不轉入憑借城防工事的消極防禦，而湘軍則由原來的堅守頑抗轉為瘋狂進攻，相繼進占南京周圍的上方門、高橋門、雙橋門、七橋甕、江東橋等據點，以及外圍的東壩、秣陵、湖熟、淳化等要地，天京城南百裏之內已無太平軍蹤跡。
到1863 年11 月，清軍已攻陷天京外圍和長江以北所有城鎮、要塞，外援斷絕，天京肯定守不住了。李秀成向洪秀全提出“京城不能守，曾帥兵困甚嚴，壕深壘固，內少糧草，外救不來，讓城別走”的建議。又說：“不如舍天京，盡棄蘇浙兩省地，禦駕親征，直趨北方，據齊、豫、秦、晉上遊之勢以控東南。其地為妖兵水師所不能至，洋鬼勢力所不能及，然後中原可圖，天下可定也。”然而，洪秀全不願戰略退卻，李秀成無奈，隻好抱定與天京共存亡的決心，部署死守。
1864年2月，湘軍攻占了紫金山西峰天堡城，隨後進至太平、神策門外，完成對天京的合圍。清軍架設大炮百餘尊，對天京城內日夜轟擊，又以炮火為掩護，在朝陽、神策、金川各門外開挖地道十餘處，準備用火藥炸城。
1864年6月，洪秀全在愁病交迫中升天，幼主洪天貴福繼位，此時天京城內隻有三萬人，除居民外，太平軍不過萬人，能守城戰鬥者不過三四千人。7月3日，湘軍攻占位於太平門東側紫金山西麓龍脖子的地堡城，太平軍失去護城的最後一道屏障。湘軍居高臨下，整日炮轟，並加緊挖掘地道，埋炸藥破城。19日，湘軍炸塌城牆，蜂擁而入。守城的太平軍與湘軍展開寸土必爭的巷戰，或戰死，或自焚，天京最終失守。
天京的陷落，標誌著太平天國革命的失敗。
太平天國堅持戰鬥十四年，勢力發展到十八個省，攻克六百多個城鎮，其規模之宏偉，曆時之長久，影響之深遠，是曆史上任何一次農民戰爭所無可比擬的。太平天國發動了億萬群眾，組織了強大的軍隊，建立了政權，頒行了革命綱領和政策，並且第一個提出在中國發展資本主義的方案，成為幾千年來中國農民戰爭的最高峰。太平天國運動以暴風驟雨之勢，極其沉重地打擊了清政府的封建統治，對於外國侵略者也進行了英勇的抗擊，同時擔負起了反封建和反帝的重任，成為中國近代舊民主主義革命的第一次高潮。但由於農民階級沒有科學理論作指導，太平天國沒能推翻清朝的統治，最後被中外反動派聯合絞殺了。它的失敗給人留下了深刻的教訓。它的光輝業績，激勵著中國人民不屈不撓、再接再厲地進行英勇的鬥爭。