1853年正月初二，太平軍在武昌慶祝新年後，便順江而下直取南京。天王洪秀全先行登舟，楊秀清、韋昌輝、石達開、秦日綱、羅大綱統率水師護衛，林鳳祥、李開芳率陸軍夾岸護衛，老幼婦女也乘船隨行，浮江萬艘，浩浩蕩蕩。
如今太平軍已擴充至數十萬，人數眾多，聲勢浩大，沿途防堵清軍卻不過數千人，紛紛望風而逃。1853年，2月18日，太平軍佔領江西九江，接著攻克彭澤、小孤山，沿途守軍未作任何抵抗。2月24日，攻克安徽省會安慶，總兵、知府相繼逃跑。太平軍殺死安徽巡撫蔣文慶，在安慶繳獲大量餉銀、米糧，還有銅炮數百門，火藥炮子無數。太平軍在安慶瘋狂擴軍，總人數發展到七十萬餘萬，能戰鬥計程車兵有十幾萬。
1853年3月8日，太平軍前鋒李開芳部抵達南京，與清軍遭遇。武漢自南京沿江路途1800裡，李開芳部竟然一個月攻至南京，平均每日行軍六十餘里，沿途清軍幾乎沒有抵抗，實在令人震驚。
此時的南京城內僅有正規軍五千人，而圍城太平軍號稱兩百萬，實際七八十萬人差不多。聽老人說：登上三山門看過去，城外至江東門一望無際，十餘里，人山人海，到處都是紅頭人……
太平軍先頭部隊李開芳部在南京城外與米行腳伕組成的地方練勇發生激戰。清軍正規軍躲在城牆上吶喊助威。這時，林鳳祥率陸軍精銳萬餘人趕來與李開芳會合，太平軍攻勢更加猛烈，新運到的幾千斤大炮威力無比，城內多處建築被轟平，固若金湯、龍盤虎踞的南京城被打得千瘡百孔，這時總督陸建瀛幾欲棄城而逃。
太平軍奪占城外重要據點，以雨花臺為核心，修築大量營壘，又將陸建瀛拋棄在城外的炮兵陣地有效利用起來，晝夜轟擊南京城，夜晚又放火焚燒城外寺廟、古蹟，火光沖天，聲勢浩大，城內清軍膽寒心驚。林鳳祥很注意使用心理戰術恐嚇陸建瀛，實施戰術性的騷擾攻擊，引誘清軍消耗炮火，夜晚不間斷地佯攻，使得守城士兵夜不能寐。南京城內的天地會也不斷搞破壞，搞得城內人心惶惶，士兵杯弓蛇影，守城意志不斷瓦解。加之太平軍在城外示以仁義，買老百姓的東西出雙倍價錢，許多南京百姓紛紛盼望太平軍入城。
楊秀清下令太平軍在靜海寺、天后宮等地開挖地道。3月19日，靜海寺附近的地道三處同時爆破，獅子山上方向的城牆被炸開兩丈的缺口，炮兵又猛烈轟擊缺口，太平軍突擊隊從缺口衝入，儀鳳門告破。太平軍突擊隊抓獲總督陸建瀛，將其殺死，漢兵全部潰散。南京城內駐紮的旗人部隊，戰鬥力很強，全殲太平軍突入城中的部隊。眼看儀鳳門爆破功敗垂成，此時，先前假扮和尚入城避難的太平軍，拿起軍刀，砍殺聚寶門守軍，此時聚寶門守軍已大部調往儀鳳門增援，所剩士兵很快被和尚殺散，李開芳率軍突入聚寶門，緊接著太平軍大隊入城，完全控制了局面。
太平軍攻打南京城內八旗士兵控制的滿城，滿城是原明朝皇宮舊城，城垣極其堅固，防禦工事完備。因為太平天國推行對旗人的無區別殺戮的政策，城中八旗只得與太平軍死戰到底，因此滿城的戰鬥，慘烈的狀況前所未見。楊秀清親自指揮太平軍主力圍攻正陽門、朝陽門，數萬老兵在炮火的掩護下潮水般衝擊滿城，城中旗人瘋狂反撲，婦女皆上城牆與太平軍搏殺，老人孩子也在城牆上吶喊助威。楊秀清連續發動三次強攻，都被打敗，陣亡數千人，屍體堆積如山。
旗人士兵雖然抵抗十分兇猛，但與太平軍人數相差太大。楊秀清命部隊以車輪戰術消耗清軍，連續猛攻突破城牆，清軍主帥祥厚自刎，其餘滿人均被太平軍所殺。太平天國在付出數萬人的慘痛代價後，全面佔領南京。
太平天國改南京為天京，定為都城，然而清廷對太平天國的圍剿還在繼續，清軍在揚州建立了江北大營，在南京城東孝陵衛一帶建立江南大營，威脅著太平天國都城天京的安全。
