1855年，風雲突變。本來在此前湘軍已在水軍上取得很大優勢，可是此時太平天國派石達開進行西征。石達開率軍夜襲九江湘軍水師，燒毀湘軍戰船多艘，並俘獲曾國藩的座船。曾國藩再次投水，被人救起送至羅澤南營中。
天京事變後，太平天國由盛轉衰，形勢急轉直下。曾國藩趁機反攻，於1856年12月攻陷武昌。1859年，曾國藩開始把攻取安慶作為湘軍的戰略重點。曾國藩對進攻安慶采取了圍城打援的策略。他采取穩紮穩打、步步為營的戰術，決定先取安徽，再及於江、浙。
經過長期圍困，1861年9月，湘軍曾國荃部大敗太平天國英王陳玉成部。陳玉成戰死，安慶被攻陷。
同年，鹹豐帝病逝。10月，慈禧太後與恭親王發動“辛酉政變”奪得最高統治權。為了盡快撲滅太平天國等起義，1862年，慈禧任命曾國藩為兩江總督，加協辦大學士銜。曾國藩於是加緊了對蘇南、浙江的進攻。在他的支持下，曾國荃部包圍了天京。
1864年7月19日，曾國荃攻陷天京，並縱兵對天京大肆燒殺搶掠。天京陷落標誌著太平天國起義的失敗。
清政府得知後，論功行賞，對一百二十餘位在攻占南京中有功的湘軍人員大加嘉獎。當然，對曾氏兄弟尤其嘉獎。曾國藩賞加太子太保銜，封一等侯爵，並賞戴雙眼花翎；曾國荃加太子少保銜，封一等伯爵，並賞戴雙眼花翎。
曾國藩此時可謂權傾一時，尤其是曾國荃進兵雨花台後，湘軍人數達十餘萬。所謂功高震主，此時，以慈禧為首的清政府對曾國藩的態度便有所改變。曾國藩畢竟是一位飽讀經書、深諳曆史經驗的人，他意識到要保全性命，隻有退讓。於是曾國藩上書請求裁撤湘軍，還代曾國荃奏請回老家養病。幾天後，清政府批準了曾國藩的奏請，對曾國藩也就放心了。曾國藩於1864年10月設兩江總督衙門於英王陳玉成府內，正式任兩江總督。
太平天國失敗後，其餘部賴文光等仍然轉戰各地，並與張宗禹的撚軍相會合，對部隊進行整編，形成了新撚軍。1865年5月，在山東荷澤西北高樓寨，新撚軍將圍剿撚軍多年的僧格林沁擊斃，並殲滅其所部七千餘人。清政府大驚，急忙宣召曾國藩，命他以欽差大臣身份督師剿撚。曾國藩根據撚軍流動作戰、行蹤不定的特點，決定采取重點設防、堅壁清野、劃河圈圍的對策。他坐鎮徐州，並在臨淮、周口、濟寧等地駐防重兵，進行堵截，重點圍攻；另外派遣精銳馬隊跟蹤追擊撚軍。但是，撚軍兵分東西兩支，往來穿插，縱橫馳騁，清軍仍處於被動挨打的狀態。1866年九、十月間，撚軍兩度攻破清室河防。曾國藩自認“剿撚無功”，於是奏請開缺協辦大學士、兩江總督，“剿撚”一事由清政府另派欽差大臣接替。於是清政府命他南返仍任兩江總督，以李鴻章來接替曾國藩繼續鎮壓撚軍。
洋務之父
19世紀60-90年代，以學習西方和“求強”、“求富”為旗號的洋務派，進行了內容繁多的洋務活動，如創辦軍事工業，興辦軍事學校，開辦民用工業、新式學堂等。雖然曾國藩進行活動不如李鴻章、左宗棠多，但是曾國藩卻是最早進行洋務運動的，所以被人稱作中國“洋務之父”、“近代化之父”。
清政府在兩次鴉片戰爭中慘敗，國事日非。曾國藩憂心忡忡，他意識到中國要自強禦敵，必須船堅炮利，而要船堅炮利非辦洋務不可。在1860年12月19日的奏稿中，曾國藩說道：“目前資夷力以助剿，得舒一時之憂。將來師夷智以造炮、船，尤可期永遠之利？”此時，曾國藩已經喊出了興辦洋務的第一聲。
在洋務運動期間，共創辦過二十多個軍事工廠，而其中最早的就是曾國藩創辦的安慶軍械所。1861年，曾國藩攻陷安慶後，便創辦了安慶軍械所，製造洋槍洋炮。由此，曾國藩成為洋務運動的領袖。
曾國藩並不滿足於製造槍炮。在他的支持下，1864年初，徐壽、華衡芳等人在安慶軍械所造成了中國第一艘木質輪船“黃鵠”號。曾國藩十分高興，計劃“以次放大續造多隻”。
攻陷天京後，曾國藩把安慶軍械所遷到南京，但是沒來得及辦廠。1865年，容閡從美國買回機器，曾國藩與李鴻章在上海共同創辦了洋務運動中規模最大的軍事企業之一江南製造總局。