淮军气势如虹，乘胜进军。同治二年（1863）三月十六日，程学启率领十五营，一马当先，进抵昆山东门，跨河筑营。昆山城四面大河，境内地势平坦，吴淞江、娄江横穿东西，分布着淀山湖、阳澄湖、澄湖、傀儡湖等大小湖泊，是江苏省的东大门。太平天囯占据此地后，把昆山、新阳两县合并，改名为昆珊。
这时常胜军已开回松江休整。淮军在城下一连两天，叫骂搦战，但城内的太平军闭城固守，并不理会。李鸿章亲带小队，由嘉定驰赴太仓，与李鹤章等人商定，在太仓北门外，派驻重兵，扼守通往常熟、苏州之路，以阻援兵。太仓布置妥当后，他于三月二十三日前往昆山城外，视察前线。
这番行程，十分紧凑，李鸿章自己记叙如下：“二十三日，驰往程学启昆山营次，察度城贼情形，坚踞不出。我军两岸分扎，中搭浮桥，气势尚为联络。二十四、五日，周历娄江、青阳江、吴淞江各河道宜用水战之地，淮扬水师阳利见、成俞卿、张光泰三营分扼水口，与陆军相为依护。二十六日，由水路折往青浦，饬守将滕嗣武加意严防，如苏、昆穷寇乘虚内窜，与现驻千墩水陆各营互为应援。二十七日至松江府城，面商戈登添备攻具，克期赴昆山会剿。是夜，仍驰回上海。”
四月初三，程学启营进逼城根，开炮轰击，昆山之战正式开始——这场战斗，后来成了李鸿章“平吴”大战中的一幕人间悲剧。
守城的太平军顽强抵抗，李鸿章形容：“炮子往来如织，我军不能仰视。”淮军的大炮炮弹全部打光，有一艘轮船被太平军击中，烟火弥江。太平军乘势从南门杀出，直冲东门淮军阵营。程学启率开中、开左两营与奇字营迎战，洋枪齐发，太平军抵敌不住，丢下数百具尸体，退回城里。
初七，又有大股太平军冲出南门，绕过东门，直扑青阳江一带。程学启派洋枪队前往阻截，水师在江上开炮，猛烈的炮火把太平军逼回了城里。但没多久，太平军又从北门冲出，扑向开字、新中营，并试图在城外高坡上筑营。开字营洋枪队哪里容他站稳脚跟，马上像蚂蚁一样围上来，噼噼啪啪放枪，太平军被迫放弃筑营，又退回城里。
初九黎明，城内人叫马嘶，太平军似乎要突围了。天刚亮，几万太平军分别从南门、北门冲出，冒着枪林弹雨，向淮军的营垒猛扑。两军绞在一起厮杀，洋枪不再起作用，唯有面对面刀砍矛戳。怵目惊心的肉搏场面再一次出现。李鸿章说：“自辰至未酣战四时，生擒及轰毙者不下二三千人，贼始返奔。我军逐北数里，落水之贼不计其数，直追至城根收队。”
当时慕王谭绍光、湘王黄子澄率三万余众，由双凤镇赶来接应昆山突围的太平军，在镇北偷搭浮桥，企图偷袭淮军亲兵营。当淮军发现时，敌军已近在咫尺，急风骤雨般的枪炮声顿时在河的两岸爆响。李鸿章描述战况：“四路环攻，子如雨注。周盛波等连开枪炮，击毙骑马贼目十余人，贼犹抵死猛扑。周盛传自带亲兵，伏于墙外木城，排放洋枪与营内大炮，轰击毙贼无算。孙善成水师往来会剿，自辰至午，过河之贼愈多，周盛传派队乘船渡河，将守桥之贼击毙数百，浮桥立即烧毁，贼乃胆怯遁去。”
这种反复冲杀的激烈战斗，不是持续一天两天，而是从四月初三一直到四月十四日，整整持续了让人惊心裂胆的十二天。
