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化，正在慢慢地改变思想。
在部分将领的积极建议下，洪秀全此时倒还能虚心纳谏，还没有彻底丢掉与大清帝国争夺江山的梦想与野心—在占领南京的一个多月后，洪秀全决定派出北伐军直取北京。
在林凤祥和李开芳的率领下，将近三万北伐军分三路由浦口登陆，渡过长江后开辟第二战场。洪秀全对他们的指示是：
师行间道，疾趋燕都，无贪攻城夺地糜时日。
也就是说洪秀全为这次北伐定下的战略是，不要在路上耽误太多时间，不要将时间浪费在沿途城池的攻坚上，而是要以最快的速度直捣北京城。
事实上这还是太平军从金田到南京一路征战不建根据地的战法，虽然看似简捷有效，但实则是孤军奋战。此时咸丰皇帝则已经不再是对洪秀全不甚了解，经过三年的交手，他已经对太平天国有了深入的认识，对这个要与自己争夺天下的对手给予了足够的重视，因此洪秀全的北伐军注定不会再像刚从金田出来时那样战无不胜。
北伐军最初进入安徽境内时，倒是势如破竹，连战连胜，如入无人之境。当时清政府在安徽的守卫极其薄弱，巡抚李嘉瑞刚刚上任不久，还没来得及对省城庐州进行布防，工部侍郎吕贤基屯住宿州，所办团练尚未成军，而督办安徽军务的兵部侍郎周天爵，手下兵力不足一千。早在北伐军尚未到达安徽时，周天爵就极力请求咸丰皇帝派出援兵，上奏说想要防守住太平军，必须有雄厚的兵力，现在的太平军已经不是当初在金田山沟里打游击的乌合之众，以安徽目前的兵力来看，根本守不住各条要道。
周天爵话外的意思就四个字：安徽告急！当时太平军已经开始准备渡江，咸丰皇帝得到周天爵的上报后，立即调尚在奔赴山东途中的四千名陕甘兵前往增援，并诏令四川总督慧成在紧急情况下，分兵支援安徽。
当北伐军进入安徽后，周天爵再次请求增兵，他认为皖北地区还是兵力不够，而且可用的将领也少。咸丰皇帝为了保险起见，特派河南巡抚陆应谷发兵增援，可是又担心北伐军分兵进入河南，因此三天后改了主意，谕令托明阿带兵进入安徽，陆应谷前往谷城进行堵防。两天后又谕令钦差大臣琦善总领江北诸军，又以湖广总督张亮基、湖北按察使江忠源统领兵勇奔赴安徽。
按说咸丰皇帝增援安徽的兵马着实不少，可事实证明这些援军并没能发挥多少作用。北伐军通过临淮关后，攻克凤阳、怀远，又向西攻占了蒙城、亳州，在当地捻军的主动配合下，很快就进入了河南境内。
咸丰皇帝在周天爵的要求下，于五月二日（6月8日）命令奕经带兵奔赴徐州堵防北伐军。但是北伐军并没有进攻徐州，而是沿着黄河向西北方向的归德（商丘）挺进。在攻下归德后，北伐军获得了大量的火器弹药，使得装备得到了进一步加强。
归德的正北不远处就是黄河。当时北伐军想从刘家口渡过黄河，经由山东进攻北京，可没想到清军虽然抵抗能力不足，但却摆出一副破釜沉舟的架势，主动烧毁渡桥，让北伐军无法渡河。刘家口是北伐军渡河的最好选择，因为只要从那里渡过黄河，前方就是一马平川。无奈之下，北伐军只得转道一路向西，连续攻克宁陵、雎州、杞县、陈留等地，顺利抵达开封府外十八里的太平岗。
太平天国的北伐军虽然一路向西攻克众多城镇，但从战略角度看，洪秀全“疾趋京师”的想法在客观上没能得到贯彻执行。北伐军攻克的城镇多，也就意味着自身在消耗着巨大的兵力。而且当时开封城外有深沟两重，周围一片旷野，离黄河还有二十里远，周围也无船只，守卫开封城的有一千五百余名士兵。尤其让北伐军颇为郁闷的是，当时大雨天气，迫使北伐军只得转走宋仙镇寻求合适的渡河地点。
咸丰皇帝得知太平军兵临归德，立即命令直隶总督讷尔经额在本省增兵设防，阻止太平军北渡。为此特意派理藩院尚书恩华前往堵截，命令奕经、江忠源等兼程奔赴河南，陕甘总督舒兴阿、陕西巡抚张祥河酌量派兵增援，并命令胜保也迅速赶赴河南，山西巡抚哈芬布在重要隘口设重兵布防。为了更有效地统一步调，咸丰皇帝又命令河南全境诸军统归托明阿节制调遣。
五月十四日（6月20日），咸丰皇帝得到消息，太平天国的北伐军准备在刘家口抢渡黄河，而且已经攻占了归德府。本来咸丰皇帝认为凭借黄河天堑和已经布防的重兵，是可以阻挡住太平军的，可是当时理藩院尚书恩华误报说北伐军已经开始抢渡黄河，于是咸丰皇帝急令恩华就近堵截。不久后消息又得到纠正，咸丰皇帝为了防止北伐军在河南境内继续攻略，又让恩华急赴河南。
咸丰皇帝此前派往河南增援的清军很是惧怕北伐军，全都不敢进入河南境内，让恩华赶赴河南实是无奈之举。例如周天爵借口防止北伐军东下徐州，就带领人马经由河南永城返回了徐州，奕经也借口增强徐州防务力量而原地不动。当时河南境内只有托明阿和善禄两路人马，因此他们就承担起了堵截北伐军抢渡黄河的重任。
太平天国北伐军在汜水渡河，托明阿和善禄两路人马加起来也只有数千人，从数量上看是难以阻挡北伐军的，而且托明阿和善禄两路人马距离汜水过远，等到五月二十八日（7月4日）他们到达汜水时，北伐军大部分主力已经渡过黄河，只有未及渡河的千余人得到清军赶到的消息后，担心抵抗不住，经河南、湖北南下回返与太平天国西征军会合。也就是说北伐军在抢渡黄河的过程中，基本没有遇到清军的有效阻击。成功渡过黄河的北伐军立即展开对怀庆府的进攻。
知府余炳焘率兵万余人坚守城池。如果怀庆府丢失的话，北伐军再往前就会进入直隶境内，这对于大清帝国来讲无疑是十分危险的。六月八日（7月13日），咸丰皇帝任命文渊阁大学士、直隶总督讷尔经额为钦差大臣，节制河南、河北诸军，任命理藩院尚书恩华和托明阿为帮办大臣，全力阻击太平天国北伐军。六月十日（7月15日），托明阿、善禄两路人马全部渡过黄河赶到怀庆城外，稍后胜保、山东巡抚李惠领兵六万也到达怀庆地界。清军五路大军开始围攻太平天国北伐军。
北伐军当时对怀庆府采取的是“周树木栅”的长围之计，在清军五路大军赶到之前，已经围了将近一个月，怀庆城内已经断粮。据后世一些历史学家推测，如果增援的五路清军没及时赶到，怀庆城再围上三天必陷落无疑。或许这就是天意，北伐军急于北上，听到清军增援人马到来的消息后，主动撤围，人马进入山西省，这样就暂时远离了直隶，也使得北伐军不得已继续消耗着自身的能量。
本就只有两三万人马的北伐军,进入山西后连克数县，再转向河南进入直隶，绕这么个大圈子，已经是一支疲惫的孤军之师。即使这样，他们还是攻陷了河南、直隶两省的锁匙之地临洺关，然后十天内连续攻克沙河、任城、隆平、柏乡、赵州、栾城、藁城、晋州、深县等九个城池，直逼保定府。
咸丰皇帝怎么也不会想到，太平军居然能从广西一路打到直隶，恐慌之下他立即下令必须全力阻截。这已经不是皇帝陛下第一次下这样的命令了，然而那些执行命令的军事长官根本无法阻挡住太平天国北伐军的脚步，这让咸丰皇帝十分头痛和不安。为了不让北伐军靠近京师，咸丰皇帝决定搬出皇亲国戚作为统兵官，以自己的禁卫部队作为主要力量，全力阻击。
九月九日（10月11日），咸丰皇帝任命惠亲王绵愉为“奉命大将军”并赐锐捷刀，以御前大臣科尔沁郡王僧格林沁为参赞大臣，赐讷库尼素光刀，并调拨健锐营、外火器营、两翼前锋营、八护军营、巡捕五营及察哈尔兵共计四千五百人，即日出京会同钦差大臣胜保合力阻击太平军。这些兵马出京后，咸丰皇帝依旧不放心，又派定郡王载诠、内大臣璧昌办理北京巡防事宜，次日又增派恭亲王奕䜣共同参加办理。
九月十一日（10月13日），太平天国北伐军进至张登集，距离保定府只有六十里。京师的那些达官贵人听到这个消息后，顿时闻风丧胆，纷纷逃跑。据郭廷以的《太平天国史事日志》记载：
时北京官民逃迁者三万户。北城一万八千户，仅余八千户。
邓文滨的《醒睡录》也记载：
各街巷十室九空，都中大员家眷及官绅商民，无不如鸟兽散，王公大臣皆涕泣丧胆，眼眶肿若樱桃。
纵观当时北京城的情况，从皇帝到百姓已经是乱作一团，咸丰皇帝派出自己的禁卫部队，也是死马当活马医。这种情况下，如果太平天国北伐军直取北京，尽管疲惫的部队已经是强弩之末，但如果战术对头，也并非没有攻取京师的可能。然而，北伐军没有从保定直接进军北京，而是转向东进，意图攻取天津。
史料上并没有明确记载，太平天国北伐军转道攻取天津的意图是什么。有些史学家猜测是为了截断咸丰皇帝出逃的线路，也有人认为，以北伐军当时的实力，已经没有攻取北京的必胜把握，毕竟在此之前这支部队已经孤军奋战了很长时间，能够打到靠近京师腹地的区域，已经实属不易，而转道攻取天津有进可攻退可守的意图。不过，这就让北京城得到了喘息的机会。
咸丰皇帝在九月二十日（10月22日），命令僧格林沁派官兵三千人赴胜保军营，调集热河等士兵一千九百人增补僧格林沁军营，三天后又命令土默特贝子德勒克色楞带东三盟官兵三千人赴胜保军营，谕令德勒克色楞也协助帮办军务，意图尽最大努力将太平天国北伐军拦在京师之外。
太平天国北伐军沿运河北上，以最快的速度连克沧州、青县，进占静海，并分兵攻克独流镇、杨柳青，距离天津府只有十里。天津知府钱炘和、知县谢子澄招募壮丁四千人，当地地主豪绅办理团练两千人，加上驻守的清军共计七千人防守天津。如果说太平天国北伐军只是面对天津这些守军，倒还可以应付，可是咸丰皇帝已经派胜保和僧格林沁从背后追击而来，北伐军担心腹背受敌，于是退守静海、独流、杨柳青一带，在那里与清军相持了三个月。十一月二十三日（12月23日），太平天国北伐军于独流镇采取诱敌深入之策，大败胜保、德勒克色楞军，斩副都统佟鉴、天津知县谢子澄。
从战术角度看，太平天国北伐军在独流镇打了胜仗固然有利，但从战略角度看，这一战让咸丰皇帝更加恼羞成怒，不仅责罚了胜保和德勒克色楞，更将讷尔经额定为斩监候。同时继续增派兵马，命令僧格林沁与胜保合兵一处，集中优势兵力歼灭已经成为强弩之末的太平北伐军。
以后世的观点来看，独流镇一战是太平天国北伐军最后的辉煌，因为此时这支部队只剩下不足万人，而这一战后咸丰皇帝增派的援军多达三万之众，在这种窘境下，林凤祥、李开芳决定保存实力主动南撤。
咸丰四年（1855）二月，太平天国北伐军退至直隶阜城，在一次与清军的遭遇战中平胡侯吉文元战死。北伐军在阜城坚守两月，人马急剧消耗。四月间，林凤祥、李开芳眼看兵马消耗殆尽，于是自阜城强行突围，至东光县试图稍事休息，但是僧格林沁的人马四面堵截，挑挖长濠阻挡北伐军的去路。
值得一提的是，北伐军自独流镇一战撤退之后，洪秀全、杨秀清似乎意识到了什么，于是从南京派出援军渡过长江意图增援北伐军。五月间，林凤祥得知援军到达山东的消息后，由李开芳率领两千骑兵突围南下准备迎接。可是当李开芳到达高唐州时，援军已经被清军击溃，再想北返，清军已经截断其归路，于是只能据守高唐州。
林凤祥和李开芳被清军阻隔，使得北伐军实力更加削弱。咸丰五年（1855）正月，僧格林沁率军攻陷东光，林凤祥身受重伤，退入事先挖好的地道，没想到被叛徒施绍恒出卖，最终被俘，后押解进京被凌迟处死。
李开芳得知林凤祥被俘后，带领仅剩的八百人自高唐州突围南撤，经过奋力拼杀，到了冯官屯再也不能向前一步，只得掘濠守城。僧格林沁则引运河水灌冯官屯，李开芳带着人马突围很多次都未能成功，最终因寡不敌众被俘，也被押解进京凌迟处死。
至此，太平天国北伐军在奋战了两年多、转战六个省之后，终究还是没能攻到北京城。不过这已让咸丰皇帝惶恐至极，为了阻击这支北伐军，咸丰皇帝可以说集中了所有的精兵强将，甚至动用了自己的禁卫部队，先后更换琦善、讷尔经额、胜保三个钦差大臣，委任三个皇亲国戚，总共调动了十余万清军，才将北伐军镇压下去。这也从另一个侧面证明了当时清军的战斗力是何等孱弱。
而站在太平天国的角度看，洪秀全为北伐制定的“疾趋京师”的策略，不能说是错误，但仅动用两三万太平军就想打入大清帝国的政治心脏，无异于痴人说梦。后来太平天国忠王李秀成在天京陷落被俘后，总结出了“天国十误”，其中头三条就是针对这次北伐：
一、误国之首，东王令李开芳、林凤祥扫北，败亡之大误。
二、误因李开芳、林凤祥扫北兵败后，调丞相曾立昌、陈仕保、许十八去救，到临清州之败。
三、误因曾立昌等由临清败回，未能救李开芳、林凤祥，封燕王秦日昌复带兵去救，兵到舒城杨家店败回。
李秀成总结认为，让林凤祥、李开芳仅带领两三万太平军进行北伐，本身就是个错误，虽然洪秀全后来派出增援部队，但为时已晚。以洪秀全为核心的天国首领们，不可能不知道孤军深入意味着什么，或许在他