太平军占有苏浙，并不能弥补它在皖北战场和天京上游的损失，无法扭转军事上的不利局面。曾国藩取得统辖四省军务大权后，号令统一，筹饷较易。他自己坐镇安庆指挥，委其胞弟江苏布政使曾国荃率湘军主力由皖北沿长江东下，进攻天京；继派左宗棠率另一支湘军由江西进犯浙江。不久，左宗棠被清廷任命为浙江巡抚。他勾结英、法侵略者，镇压浙江的太平军。
咸丰十一年十二月（1862 年1月），李秀成兵分两路，由苏、杭出发，再次进攻上海。敌对势力在上海成立“中外会防公所”，策划防守方案和筹措饷械。在上海的英、法侵略军增至数千人，华尔的洋枪队改称“常胜军”，扩编至5000人。同治元年（1862）三月初，英、法、俄侵略军和华尔的“常胜军”联合清军，向沪西的王家寺、罗家港等太平军阵地进攻。由于太平军的几个阵地被迫相继放弃，上海得以解严。
三四月间，李鸿章率淮军从安庆乘轮船到达上海。咸丰二年（1852）春，他奉曾国藩之命，仿照湘军营制，在安徽编练成一支拥有6000余人的淮军，成为继湘军之后又一支重要军阀武装。李鸿章到达上海之日，清廷授他江苏巡抚。在官僚、豪绅、富商、买办的支持下，他与外国侵略者积极合作。
四月，李鸿章率淮军联合英法联军和华尔的“常胜军”攻陷青浦，随后进犯奉贤南桥镇。太平军与敌军展开激烈战斗，杀伤了不少侵略军，击毙法国海军司令卜罗德（A.Protet），但终因伤亡过多，南桥失守。李秀成率精锐万余人反击，在太仓大败敌军，乘胜克复嘉定。五月，太平军又在青浦大败敌军，活捉“常胜军”副统领法尔思德（Edward Forrest），收复县城。太平军又一次进逼上海近郊，侵略军龟缩上海不敢出战。正当此时，曾国荃率湘军扎营雨花台附近，围攻天京甚急。李秀成在洪秀全的严催下，不得不率师回援，第三次进取上海功败垂成。
同治元年（1862）闰八月，太平军与湘军在雨花台展开了一场激烈的战斗。李秀成、李世贤率军20余万，装备了相当数量的洋枪洋炮，向湘军发动猛烈攻势。曾国荃全军约3万人，凭借深沟高垒，坚守顽抗。太平军围攻44天，虽毙伤湘军约5000人，但未能攻破营垒。十月，李秀成撤兵。随后李秀成奉洪秀全命渡江进兵皖北，企图诱使围攻天京的湘军回援江北。但没有取得什么战果，却损兵十数万。这时，太平天国的处境已非常不利。
湘、淮军联合外国侵略军乘天京被围，加紧在江浙地区展开进攻。浙江方面，同治元年（1862），英法侵略军伙同清军攻陷宁波，随即成立了“中法混合军”（“常捷军”）和“中英混合军”（“常安军”、“定胜军”）。外国侵略者和清军结为同盟，向太平军进犯。太平军英勇抵抗，在慈溪击毙来援的“常胜军”统领华尔，同治二年在绍兴屡败敌军，先后打死“常捷军”统领勒伯勒东（LeBrethon de Caligny）及其继任塔提夫。但这些局部战斗的胜利，不能扭转整个战场的被动局面，慈溪、绍兴等城先后失守。这时，衢州、严州、金华各府县也相继被左宗棠的湘军攻陷。此后，左宗棠湘军和“常捷军”全力进攻杭州。同治三年二月（1864年3月），杭州失守。太平军浙江据点全部瓦解。
在江苏，英法侵略军和英国军官戈登继任统领的“常胜军”，伙同李鸿章的淮军组成的联合武装，配备了优势的炮舰、轮船和洋枪、洋炮，以上海为基地，向西进犯。同治二年（1863）三月，中外联军攻陷太仓、昆山，七月进逼苏州。慕王谭绍光率领太平军英勇抵抗。李鸿章因强攻损失重大，遂致书诱降。谭绍光坚决抵抗，誓不投降；而以纳王郜永宽为首的苏州其他守将密谋叛降。十月二十四日（12月4日），郜永宽等刺杀谭绍光，献城投降。过了两天，他们都被李鸿章杀死。苏州的失守，标志着太平天国苏南根据地已陷于绝境。同治三年四月，常州失守。太平军在苏南的根据地也陷于瓦解。
天京形势更加危急。城外太平军的防御工事已被破坏殆尽，天京城被曾国荃的湘军四面围困，内无粮食，外无援兵。李秀成建议让城别走，但洪秀全对他严加斥责，说：“朕铁统江山，尔不扶，有人扶，尔说无兵，朕之天兵，多过于水，何惧曾妖者乎？”同治三年四月二十九日（1864年6月3日），洪秀全病逝。长子洪天贵福继位为幼天王。六月十六日（7月19日），湘军用火药轰塌天京城墙。经过激烈巷战，天京陷落。曾国荃的湘军攻入天京后，大肆抢劫烧杀。
李秀成突围，在天京城外被俘。他写了几万字的供词，曾国藩还是把他杀害。洪仁玕在江西被俘，坚贞不屈，从容就义。太平军余部在天京陷落后，仍在大江南北继续坚持武装斗争。江南太平军余部于同治五年（1866）失败。江北太平军在遵王赖文光的率领下与捻军会合，增强了实力。同治四年，清廷以科尔沁亲 王僧格林沁的蒙古骑兵为主力，对捻军发起大规模的进攻。捻军把僧格林沁主力引到山东菏泽县西北的高楼寨，利用有利地形设伏。僧格林沁督军紧追，陷入捻军的包围，伤亡惨重，他本人也被击毙。此后，清廷相继派曾国藩、李鸿章督师“剿捻”。捻军经过长期艰苦的战斗，于同治七年（1868）最后失败。
太平天国的失败，使清廷得以腾出手来，先后镇压了西南地区各族人民的起义。陕甘地区从同治元年起，爆发了回民起义，斗争了十二年后，在同治十二年（1873）失败了。
太平天国农民战争虽然失败了，但它是中国历史上规模最宏大的一次农民战争。它建立了政权，提出了鲜明的反封建纲领；它坚持斗争14年，攻克600余城，席卷了大半个中国，沉重地打击了清朝封建统治者和外国资本主义侵略势力。太平天国的伟大斗争，推动了历史前进，激励着中国人民的革命斗志。太平天国农民战争的业绩和功勋，在中国历史上写下了光辉不朽的一页。