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江忠源想要解套，胡以晃无论如何不肯让他得逞。
对于清军增援庐州，胡以晃早有准备，“包城为营”的作用之一，就是要把援军阻于围城之外。他进一步审察敌情，认识到要取庐州，就必须先打败援兵，遂采取围城打援的战术，集中兵力，将锋芒对准了城外援兵各部。
和春虽被赋予重任，但此人实际的军事指挥才能有限，自己不太能打，在各军中亦无足够的号召力。他让兵力最多的舒兴阿进兵，舒兴阿却作壁上观，同时也不肯遵旨拨兵交和春统带调遣。
援兵集团一盘散沙似的状况，给胡以晃创造了各个击破的机会。胡以晃先挥兵向已迫近拱辰门外的滁州兵发动进攻，总兵玉山阵亡，滁州兵大溃。随后，他又连败舒兴阿、音德布两军，剩下的和春则带着他的千余人马毫无作为。
援兵集团在和春的指挥调遣下，“步步为营，渐逼城下，内外夹攻，开通道路，迅解重围”，这是江忠源定下的计划；只可惜实施者不给力，自顾尚且不暇，哪里还能替他解围。各路援军，近则离城一二十里，远则三四十里，全都动弹不得。江忠源多次派兵勇缒城而出，欲对援军进行接应，也都统统归于失败。
随着时间的推移，江忠源日暮途穷，处境越来越艰难。1854年1月9日晨，四五百太平军摇旗呐喊，大张声势地进攻小东门。正当江忠源从由戴文兰带入城中的楚勇中分出三十人，准备用于增援小东门时，水西门月城向北的城垛忽然被炮火轰裂，顿时黑烟弥漫，咫尺不辨。原来太平军采用了声东击西的战术，实际是要进攻水西门。
虽然当天仍然是有惊无险，但在精神上对江忠源造成了很大压力。他原本身体就没有完全恢复，至此之后，旧病复发，日夜咳嗽吐痰，饮食也日减，渐渐露出了难以支撑之势。
自感已陷入绝境的江忠源，只能向庐州的城隍祷告，请城隍率鬼神之兵相助，帮他再撑三天。但这个时候的形势，别说城隍，恐怕连玉皇大帝都不一定能救得了他了。
太平军土营俗称“地老鼠”，其在发展过程中越来越趋向于专业化和精细化，甚至配备有专司分析测量土性的“土司”。最初太平军使用的都是单层地道，虽然颇有威力，攻克过包括武昌、江宁在内的许多坚城大城，但也易为敌人所侦知和防堵。从长沙、南昌到庐州，都碰到了这种情况：太平军数次挖通地道，轰塌城墙，但都为清军堵塞，太平军无法入城。
屡屡碰壁之后，太平军改变思路，决定把单层地道改成两层地道，爆破方法也改成两次连续爆破，即先引爆第一层，乘敌人防堵后松懈，再引爆第二层。在土营作业完成前，胡以晃特意告诫部卒说：你们听到第一声爆炸时千万不要急于出击，要让清军全力抢堵；之后再实施冲击，他们就来不及防范了。
1月16日深夜，随着一声巨响，水西门城墙被轰塌了五六丈，江忠源连忙督勇进行封堵。抢堵成功后，大家像平时一样松了口气，江忠源重新入帐休息，城头防守的兵勇精神上也松懈下来。就在这时，居然又响起惊天动地的爆炸声，而且还在同一个位置，只是破坏性更大，原封堵处瞬间下溃十余丈，露出了一个巨大的缺口。一时间，烟焰冲天，砖石横飞，太平军呐喊着，顺着缺口蜂拥而入。
兵勇们目瞪口呆，从梦中惊醒的江忠源，也根本来不及立即组织反击，这就是太平军的两层地道连续爆破法。
除水西门被突破外，其他各门也有太平军攻入。当天又起大雾又下雨，江忠源在冷冽的雾雨中，挥兵搏战，一直厮杀至天明。在大势已去的情况下，左右护卫掩护着江忠源且战且退，准备向城外突围，但江忠源早已抱定城存与存、城亡与亡的信念，当即举刀自刎。护卫们赶紧将刀夺下，一名力气大、跑得快的护卫背上江忠源，趁着城内乱作一团，朝城外飞奔。眼看他们已经登上了水关桥，江忠源突然张开嘴，一口咬在护卫的脖子上，护卫猝不及防，被迫负痛松手。江忠源落地后，滚入桥下的古塘，自溺而亡。
同日，安徽布政使刘裕珍、入城增援的戴文兰等文武官员尽皆被杀，只有原庐州府知府胡元炜选择了投降太平军。