占领武昌28天后，太平军开始撤离武昌，太平军10万余人裹挟40万民众，乘万余艘战船，携带无数金银财宝，顺长江而下，水陆并进，浩浩荡荡往直奔金陵开来。两江总督陆建瀛放弃九江防线，清军全线溃逃，太平军长驱直入，一个月之内连克九江、安庆、芜湖后，抵达金陵城下，这时，太平军已达百万之众。
在行军路上，发生了两件比较有趣的事情，一是清军安徽防务负责人周天爵听闻太平军势大，安徽兵力无以抵抗，想出了一条妙计，用断肠草投毒太平军水源处，计划毒死太平军，于是他大量向民间、药房求购断肠草。石达开知道后，一路搜集断肠草达1万余斤，并高价卖给了周天爵，获得了大量粮饷以及军火补给。
二是太平军挺近金陵后，当地百姓组织民兵试图抵抗太平军，在城外申请陆建瀛支援，陆建瀛不分青红皂白对着百姓一通猛打，回头上报咸丰皇帝打死太平军多人，杀良冒功，行径极端恶劣，如此官兵不倒才怪！
3月中，太平军已完成对金陵的包围，随即开始激烈的攻城战，但城内清军此时只有2万余人，实力悬殊极大，18日开始总攻，19日通过“穴地攻城”法炸开北城，太平军突击队突进城内，偶遇了正在跑路的两江总督陆建瀛，陆建瀛好跑不跑，专挑了突击队的方向跑，当街被砍死，真是逃跑也是个技术活，活不行随时领盒饭。负责北面攻城的林凤祥此时犯了一个错误，没有及时组织后续部队继续登城，或者打开北城门，迎接大部队入城，而是在城外消极等待突击队消息，任由几百人的突击队慢慢处于孤立无援的态势。由于兵寡力单，在清兵的反击下，突击队被冲散分割，一部分不得不退回城外，另一部分在城内被剿杀，清兵击退突击队后赶紧抢修炸塌的城墙。
北门被破，各城门赶紧调兵调人增援，结果总督被杀的消息传遍各军营，清兵无心再战，士气低落，南城李开芳率兵一举突破南城，北城林凤祥重新组织突击队也再度破城，金陵城外城就此被破。
20日，太平军开始围攻内城，内城是明太祖朱元璋的皇城，城高墙厚，易守难攻。当时内城里都是江南一带的满人，所以也称满城，大约有2万余人，兵力约8000人。当时太平军历来视满人为妖孽，一般称之为满妖，内城满人自知左右一死，只有把希望寄托在拼死一搏上，满族妇女也被动员起来守城。
战斗很激烈，太平军伤亡也很大，杨秀清见状，改变打法，不断更换一线部队，使用车轮战，迫使内城清军无法休息无法吃饭，到了下午，城破，江宁将军祥厚（满人）战死，江南提督福珠洪阿（满人）在巷战当中阵亡， 前广西巡抚邹鸣鹤（汉人）当时正好在金陵养病，也出来参加巷战，被俘，后遭肢解。城内2万余人，被屠，无一幸免。
29日，洪秀全坐着64抬與架在万众欢呼声中，进入金陵城，改名天京，定为都城，正式建立起了与清政府相对峙的太平天国政权。
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