1864年7月19日（清同治三年六月十六日）早晨，湘軍擔任主攻任務的部隊齊集天京太平門外。
中午，湘軍用地雷轟塌了城牆20餘丈，湘軍將領武明良、伍維壽、朱洪章、譚國泰、劉連捷、張詩日、沈鴻賓、羅雨春、李臣典等身先士卒，帶領本營人馬從倒口處攻入，各部湘勇也開始蜂擁而入，銳不可當。
天京守城的太平軍紛紛以槍炮進行還擊，用大桶火藥向攻城的湘軍潑灑，致使湘軍死傷無數，但因湘軍攻勢猛烈，很快就被湘軍武明良、伍維壽、朱洪章、劉連捷、譚國泰、張詩日等攻陷了龍廣山，向太平門的太平軍發動猛烈轟擊，隨後李祥和、王仕益部大量湘軍從太平門月城攻入天京城。
當時的湘軍分四路進擊天京城：
一、中路湘軍由王遠和、王仕益、朱洪章、羅雨春、沈鴻賓、黃潤昌、熊上珍等部進擊，主攻天王府之北。
二、右路湘軍由劉連捷、張詩日、譚國泰、崔文田等自臺城往神策門一帶，加上朱南桂、朱維堂、梁美材等部從神策門地道旁邊梯攻而入，合力進攻獅子山，奪取儀鳳門。
三、左一路湘軍由彭毓橘率領羅朝雲、趙河清、黃東南、武明良、武明善、武義山等由內城舊址進逼通濟門。
四、左路湘軍由蕭孚泗、熊登武、蕭慶衍、蕭開印率蕭致祥、周恆禮、李泰山、蕭清世、蕭恆書、朱吉玉、趙太和、劉長槐、蕭上林等分途進攻朝陽、洪武二門。
各城城門守樓的太平軍由於兵力有限，均無法抵擋得住湘軍的凌厲攻勢，悉數被湘軍殺戮。
不久，湘軍羅逢元、張定魁、彭椿年、張光明、楊西平、何鳴高、彭光友、熊紹濂、羅興祥、葉必信等各率所部從聚寶門西面舊地道缺口開始攻入天京城。
而湘軍李金洲、胡松江、朱文光、武交清、劉湘南、易孔昭、戴名山、張正榮等部則從通濟門月城緣梯而上。
湘軍陳湜、易良虎、易良豹、龐清垣率吳隆海、張葉江、晏恭山、馮盛德、陳汝俊、劉定發各營則猛攻旱西、水西兩門月城。
面對湘軍的進攻，太平軍忠王李秀成率部向旱西門奪路衝出，但又被湘軍陳湜大隊所阻遏，只得轉回清涼山。
與此同時，江南提督黃翼升率許雲發等湘軍水師各營，攻奪中關攔江磯石壘，乘勝猛攻濱江的太平軍，遂後會同陸師陳湜、易良虎等奪取水西、旱西兩門，傍晚時分，湘軍已將守城太平軍殲滅，天享全城各門皆破，均為湘軍奪佔。
7月28日，湘軍統帥曾國藩來到了金陵，見到“城內自偽宮逆府以及民房悉付一炷。”“萬室焚燒,百物蕩盡,而貢院倖存。”“群屍山積”, “白骨山積”,“自五季以來,生靈塗炭,殆無逾於今日。”
隨後，曾國藩上奏報稱：此戰殲滅了太平軍十餘萬人！可是，這個數字到底是真還是假？但凡翻開史料記載，這十餘萬人恐怕是曾國藩誇大的吹牛吧。
從後來清朝官吏親筆記錄的與李秀成的談話表明，當時的天京城中，只有居民兩萬人，士兵一萬多人，而真正有戰鬥力守城的太平軍也不過是數千人而已，如果有十萬太平軍將士，想必湘軍也未必會那麼快攻陷了天京。
在湘軍攻入天京城之後，就開始把城中的老幼婦孺都殺了個精光。湘軍曾國荃幕僚趙烈文的《能靜居日記》也有殺人屠城的記載：老弱本地人民不能挑擔又無窖可挖者，盡遭殺死……其幼孩未滿二三歲者亦砍戮以為戲,，匍匐道上。婦女四十歲以下者一人俱無，老者無不負傷，或十餘刀，數十刀，哀號之聲，達於四遠。
湘軍為掩飾自己的搶掠行徑，蕭孚泗部官兵還放火焚燒了天王府和城內的大型建築物，十年壯麗的天王府從此也化為了灰燼……
當時，在天王宮的一個宮女指認下，湘軍於埋葬洪秀全的地下刨出天王的屍體， 由於不用棺木，遍身都用繡龍黃緞子包裹著，雖然纏腳，但“亦系龍緞，頭禿無發，須尚全存，已間白矣。左股右膀肉猶未脫 。”曾氏兄弟和清朝刑部的相關官員，在驗看了一通之後，證實確為洪秀全真身 ，於是湘軍又行了戮屍極刑，折騰了一陣死屍之後，就開始舉火把洪秀全的屍體燒成灰燼，然後把骨灰再次填入了巨炮之中，隨著“轟隆”一聲響，天王也又一次“昇天”了。
在時隔30多年之後，同為清廷官吏與湖南老鄉的譚嗣同，有一次，他在信中對其老師說: “頃來金陵，見滿地荒寒氣象。本地人言髮匪(太平軍)據城時並未焚殺，百姓安堵如故，不料湘軍一破城，見人即殺，見屋即燒，子女玉帛掃數入於湘軍，而金陵遂永窮矣。至今父老言之，猶深憤恨!”
由此可見，湘軍屠城是真，但殺十萬多人則有失所實。
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