咸丰三年二月初九日，洪秀全等高层决定放弃武昌，将下游的金陵作为太平天国政权的中心。50余万部队分为多支，水陆并进，先后占领九江、安庆、芜湖，于三月七日抵达金陵外围。

然而金陵不是武昌，作为仅次于北京的第二大超级大都市，又是前明故都，城墙高耸，有十座城门和超过一万五千个城垛，全城周长96里。显然要想拿下金陵，绝非易事。

清代在南京的驻军分为两支，一支是由两江总督亲领的督标，正常情况下维持在5000人左右；另一支是由江宁将军统领的八旗驻防，人数在4200人左右。

太平军占领武昌以后，朝廷曾下令加强金陵防卫，将周边的绿营部队集中到了金陵周围。此时南京城的防卫任务由两江总督陆建瀛和江南提督满人福珠洪阿负责，他们总共统领超过三万的正规绿营军。

不过这三万人中有部分被派到外围协防，城内的守军只有不到五千人。

形势严峻，江宁将军祥厚迅速抽调4000八旗兵协助全城防务。江宁布政使祁宿藻又招募了八千名雇佣兵，并委任金陵城内的上元知县刘同缨召集城内死囚组成了一支五百余人的敢死队。

零零总总算下来，此时金陵城内的守军差不多有两万人左右，与太平军五十多万相差悬殊。

兵力不足还是次要的，金陵城中最薄弱的环节恰恰是负责防务的长官：陆建瀛和福珠洪阿。

陆建瀛是文人出身，为官圆滑，是一个典型的封建官僚，他只懂得官场上那套阿谀奉承之术，对于军事一无所知。

福珠洪阿也是一个草包，在太平军没有抵达之前，他率领五百兵丁驻扎在城南的雨花台上，但太平军刚一出现，他就丢弃阵地，并遗留下大量的火炮和弹药，太平军不久之后就用这些火炮轰击金陵城墙。

三月四日，太平军将领黄生才占领芜湖后，沿长江南岸逐渐逼近，并于二日后首先抵达战场。紧随其后的是无数的太平军，几日后，李开芳的部队占领了雨花台。

金陵城被一拨拨到来的太平军重重包围，就像浪潮中的一块石头，随时都有被淹没的危险。李开芳没有立即向金陵发起进攻，他们一边等待长江水师的到来，一边派出小股队伍骚扰各个城门和守军。与此同时，还在城外建设了二十四座军营。

3月12日，长江北岸的浦口被占领，同一日，太平军舰队驶入战区。接下来，太平军便会向金陵城发起猛烈的攻击。

太平军自攻占永安后，就摸索出一套攻城办法，即通过挖地道爆破城墙的方式达到攻城的目的。从3月16日开始，工兵部队从金陵的西北郊外一直挖到仪凤门附近的西北墙根。

3月19日拂晓，太平军引爆了城北三处地道中的炸药。数千太平军冲进城中，清军总兵程三光和沈鼐试图击退太平军，但是双双战死。许多民众也涌向街头，拿起简易的武器帮助清军反击进攻者。

最后还是刘同缨带领敢死队赶到现场，成功阻止了太平军的进攻，并迅速填上了城墙的缺口。太平军第一次进攻被打退了，极大地鼓舞了守军的士气，但是在这关键时刻，却出现了一件大事。

第一波进攻的太平军中，有一小股队伍冲进了城里，他们在城内见到一顶有许多亲兵护卫的轿子，亲兵和轿夫立刻四散逃命去了，太平军冲到轿前，见里面坐了一个“清妖”，就把他给杀死了。而这个人便是两江总督陆建瀛。

总督被杀的消息很快传遍了金陵城，驻防南门和西门的官兵纷纷离开职守，无一人继续留守。太平军发现这一情况后，便令数千人用云梯登上南城墙，并跑到西门，打开各处城门，太平军主力很快涌入城内。

太平军突如其来的好运，其实也得益于他们之前的部署。早在攻克武昌之后，杨秀清就派出约三千名的太平军化装为和尚、道士潜入金陵。

进入金陵城后，他们几十人为一伙，分别居住在各大寺院，只待时机成熟以为内应。在太平军攻城的时候，他们趁夜进行了很多秘密的破坏活动，包括骚扰清军士兵，以及在民众中散步谣言。

他们最大的贡献是在被清军放弃的城门附近点燃民房，这是事先约定好的信号，告诉外面的太平军该处无人守备。

金陵城陷之后，大批清军将领和官兵被屠杀。在这些人中，上元知县刘同缨是最有骨气的一个。他杀死自己的两个小妾，然后换上全套的官服，端坐在衙门的大堂上，在纸上用红笔写下了这样的话：“示来贼！毋害我百姓，愿以身代。”

太平军发现这张纸被贴在衙门大门上，一致认为刘是好官，也不愿加害于他。刘被太平军从衙门中押解转移，但是途中挣脱投水自尽。刘同缨忠义自尽，后来受到了朝廷的表彰，也深得百姓爱戴。

3月20日清晨，外围的所有太平军进驻南京城，出于对之前残酷战斗的报复，太平军开始在城内展开血腥的大屠杀，之后数百人侥幸逃到外城。

其中下场最惨的还是城内的八旗驻防军家属，数百满族女人被驱赶至城外，然后在那里被烧死。根据曾国藩事后的调查，在这次针对八旗军的屠杀中，至少有三千多人被杀，这在太平天国运动史上是绝无仅有的。

金陵作为江南第一重镇，太平天国以此为首都改名为天京，这无疑给咸丰皇帝造成了巨大的心理冲击，所以他才公开向全国承诺“克金陵者可封王”，只不过这个承诺后来还是没有兑现。