李鸿章为了不去金陵，一会儿说将士疲劳，一会儿说枪炮疲劳，一会儿是攻长兴，一会儿是防湖州，已经把一切借口都用尽了。当时在曾国荃幕中的赵烈文站在曾氏兄弟的立场上，在日记中批评李鸿章：“此一事而机械百出，言语处处不同，其图望大功、日夜计算心计之工，细入毫芒。” 其实，在这件事上，李鸿章处处为曾氏兄弟着想，甚至冒着抗旨的风险。赵烈文还这样说，实在是得了便宜还卖乖。
从六月开始，身发湿毒的曾国荃，也不得不振作精神，督促部下，加紧攻城。六月初一，各军逼近金陵城根，轮流猛攻，掩护挖地道。十五日，终于有一条地道挖成了。军中相传，这天晚上，忽然有一疯子跑到曾国荃营中，手舞足蹈，胡言乱语，说让他办的事已经办妥了，有红须人、白须人令他前来“销差”。士兵怀疑他是奸细，拖出营去，一路上他还不停嚷着这两句话。
同治三年（1864）六月十六日中午，总兵李臣典督率士兵，在地道中放置炸药，只听一声惊天动地的巨响，刹那间烟尘腾空、遮天蔽日，金陵城垣被炸坍了二十余丈，碎砖石如雨直下，把准备进攻的湘军士兵砸伤了几十人。尘烟稍散，终于看见城墙缺口，湘军呐喊而上，从缺口蜂拥抢入。这时，钟山上有大团浓云，积聚如山，压在湘军头上，随着军队汹涌入城。将士都说这是神明护佑，更加奋勇。
天京九门尽破，当曾国荃看见湘军的旗帜在一片硝烟烈火的烘托下，呼呼飘扬在城头时，欣喜若狂，一时湿毒尽消、活龙鲜健，赶紧扬鞭策马，驰回老营。赵烈文形容当时的曾国荃：“中丞衣短布衣，跣足，汗泪交下。”可见其万分激动，又不胜疲劳的样子。
曾国荃一面以八百里红旗驰报朝廷，一面传令各军乘胜进攻。他的奏报称：“自十六日午时起至日暮，歼毙悍贼数万，攻陷伪府数十处，惟首逆洪酋所居，筑有伪城甚大，死党不下万人，经官军四面环攻，尚未破入，大约一二日内即能剿洗净?！?官军此时还不知道洪秀全已死。
曾国藩也有奏报，详述日暮后的战况：“当日暮苦战之后，正兵收队龙广山，而伏兵深入，由伪城之东，逶迤而南，不能收队。时已三更矣，伪忠王传令群贼，将天王府及各伪王府，同时举火，焚毁伪宫殿，火药冲霄，烟焰满城。袁大升、周恒礼、沈鸿宾等，见伪殿前南门突出悍贼千余人，执持军器洋枪，向民房街巷而去。知是洪逆窜至民房，遂率队腰截击之，杀贼七百余人，夺伪玉玺二方，金印一方，宽广约七寸，即洪酋僭用之印也。其伪宫殿侍女，缢于前苑内者，不下数百人；死于城河者，不下二千余人。其时伪城火已燎原，不可向迩。街巷要道，贼均延烧塞衢，官军以暮夜，路径生疏，不能巷战，遂收队站城。”
半夜，由于太平军突围，双方再起激战。李秀成保护幼主洪天贵福逃出天京，被湘军一路追击。六月十九日，李秀成和洪秀全的次兄洪仁达（福王）在金陵外方山被俘。据赵烈文记载，他们并非被官兵所擒，而是被当地老百姓抓获的。后来，曾国藩未经请旨，就把李秀成杀于金陵。这事令朝廷颇为不满，并起了疑心，派富明阿到江宁调查实情。
