这时，林绍璋所部西征军在湖南湘潭作战失利，曾国藩率湘军乘胜反攻，岳州危急。陈玉成奉命增援。他假装湘军营弁，率领18勇士混入敌营放火，焚毁大小船只300余号。但太平军仍未能阻遏湘军的攻势而节节后撤。在武汉附近，陈玉成所统带的后十三军兵士并水营前四军兄弟，与湘军多次苦战又来能取胜，只得下退，驻守蕲州。为了扭转不利态势，陈玉成建议调集各路太平军“齐会于田家镇”，阻击湘军。他的这一建议，正与杨秀清命秦日纲坚守田家镇的意图相合。
秦日纲、李秀成进入镇江稍事休整后，即调集船只，北渡瓜州。4月3日拂晓，秦日纲，陈玉成，李秀成等督率太平军向清军江北大营发起进攻，连破虹桥、朴树湾等敌营。次日又大败三汉河之敌，连破敌营120余座。钦差大臣托明阿逃往邵伯镇。5日，太平军兵不血刃地占领扬州。当即征集粮食，以济瓜洲、镇江之急。
5月27日，秦日纲、陈玉成、李秀成等率太平军自瓜洲南渡镇江。6月1日，大败高资清军，击毙江苏巡抚吉尔杭阿，踏破敌营30余座。13日，全队撤回天京，驻扎燕子矾、观音门，准备入城休整。这时，自江西回援的石达开部也已回抵天京。东王杨秀清鉴于清军江南大营已危如累卵，严令秦日纲等在攻破大营后方准入城。但陈玉成、李秀成认为向(荣)营久扎营坚，不能速战进攻，便进京当面向杨秀清申述，结果受到杨秀清的严厉斥责：“不奉令者斩！”
6月18日，各路太平军在杨秀清的统一命令下，向江南大营发起进攻，经过4天激战，终于攻破威胁天京达3年之久的江南大营。钦差大臣向荣等逃往丹阳，秦日纲、陈玉成、李秀成等率部追击，与清军相持于丹阳城外。
太平军取得攻破江南大营胜利后，军事形势达到鼎盛时期。可是，就在这时，太平天国内部爆发了内讧，东王杨秀清被杀，数以万计的太平军将士丧生。不久，洪秀全又杀了北王韦昌辉，迹翼王石达开回京辅政。1857年5月，石达开又离京出走，带走了近10万部队。这一系列事件，使太平天国的元气大伤，军事形势也随之急转直下。从1856年冬开始，太平军弃守武汉，湖北，江西根据地随之逐步落入敌手。在天京周围，清军攻占了镇江。只有皖北战场的情况例外，原有的根据地不仅来遭损失，而且还有所扩大。这是年轻将领陈玉成、李秀成在十分不利的形势下，积极奋战，力挽狂澜的结果。
天京内讧之后，陈玉戚、李秀成分别奉调驻守皖南皖北。1856年底，清军秦定三部围攻桐城，形势吃紧，李秀成便派人持文前往皖南宁国(今宣城)，求救于陈玉成，陈玉成当即准请，率部渡江至枞阳镇。这时，李秀成也赶到枞阳，出示绘制的作战曲，共商对策。1857年1月中旬，陈玉成根据商定的计划，率部午连占无为，巢县后，即挥师西上，占领庐江，引军上界河，攻大关，包抄桐城之后，切断清军的粮道。2月24日，陈玉成部配合李秀成部，内外夹击，杀得清军大败，遂解桐城之围。自此之后，陈、李两部便经常密切协同、配合作战。
清军自桐城战败后，退往六安、庐州。陈玉成会同李秀成部分路追击，攻克舒城，斩总兵郝光甲。后因攻寿州不下，陈玉成便率军南下，占领英山，进军湖北。
1857年春至1858年夏，陈玉成率部转战在鄂东北和鄂、豫、皖交界处，长年与清军接战，先后攻占过英山、蕲水、黄梅、广济、蕲州、罗田、麻城、黄安等县城，虽然未能击败湖北清军，建立起稳固的根据地，但在军事形势日趋恶化的情况下，将战场推向湖北境内，有利于安徽根据地的巩固，从而保障了天京的安全。由于战功卓著，在1857年中，陈玉成被封为又正掌率(根据太平天国的官制，天朝中央政府设正副掌率职，“掌握重权，总理国事”，相当于内阁正副总理。)1858年夏，洪秀全恢复早年的五军主将制度，陈玉成受命为前军主将，成为太平天国后期的军事统帅。这时，他年仅21岁。
1858年，太平天国所面临的军事形势仍然是严峻的。继1857年底镇江、瓜洲失守之后，1858年春，清军重新建立起江南、江北大营，天京又陷入敌军的包围之中。5月，九江失守，安庆受到直接威胁。同年8月，陈玉成、李秀成于枞阳镇会齐各将，共同商定了解救天京之围的办法。8月23日，陈玉成率部2万余人进占庐州，接著挥师东下，直趋滁州；李秀成部也由全椒前来，于乌衣镇会师，众达数万，准备进攻江北大营。当时，江北大营钦差大臣德兴阿驻营浦口，拥有兵勇1.5万余人，但星散在周围百余里内，呼应不灵。9月26日，太平军在小店击败清军，为进击大营扫清了障碍。27日，陈、李联军发起总攻，突破陡冈，直下浦口，攻破江北大营，击毙副都统裴音保、乌尔恭额。德兴阿逃往扬州。陈、李两军乘胜分路追击，相继攻下了扬州，六合等城。天京北面威胁解除，粮道畅通。
正当陈、李联军攻破江北大营之际，湖广总督官文也驱策湘军进犯安徽，于攻占太湖后，即分兵两路，南围安庆，北攻庐州。北路湘军统将李续宾急切图功，于连陷潜山、桐城、舒城之后，又率5000之众，进逼庐州的南面屏障三河镇。太平军守将吴定规，见湘军来攻，即凭垒固守，同时飞报陈玉成求援。陈玉成得报，当即兼程西援，李秀成部也随后赶到，两支部队分别驻扎在三河镇南的金牛镇和白石山，连营数十里，并截断了湘军退路。11月15日，李续宾出动7个营兵力，分左中右三路夜袭金牛镇，企图侥幸取胜。陈玉成抓住敌军冒险出击的有利战机，以少部兵力正面搦战，吸引敌人，另以主力从湘军左翼抄其后路。16日晨，大雾迷漫，咫尺莫辨，鼓角相闻，敌我难分。在混战中，陈玉成主力迅速击溃了左路湘军，并乘胜隔断了中、右路敌人的退路。湘军发现归路被断，仓惶后撤，在烟筒(墩)岗一带，又被太平军团团包围。李续宾得知大队被围，亲自率部前往救应，结果也被击退。这时，李秀成部闻讯赶来参战，吴定规部也自三河镇内出击，三支太平军协同作战，首先歼灭烟筒岗之敌，继又攻破敌营7座，击毙李续宾，全歼湘军5000人，打了一个大歼灭战。陈玉成、李秀成以果断的决心，迅捷的行军，灵活的战法和密切的协同，终于取得了三河镇之战的重大胜利。而湘军自三河之败，元气大伤，年余不敢东犯。太平天国由此赢得了时间，重振军旅，坚持反清作战。
三河大捷之后，陈玉成又会同李秀成部乘胜南进，连克舒城、桐城。正在围困安庆的清军都兴阿部闻讯后撤往宿松。湘军主力二三万人集中于宿松一带。陈、李部跟踪前进，连占潜山、太湖。这时，陈玉成因胜而骄，继续督军进攻宿松，结果在二郎河遭到湘军马步队合击，死伤万余人，遂退守太湖，与敌相持。
1859年3月，陈玉成率部自安庆北进，攻占六安。19日，于庐州官亭大破清军大营，擒获安徽巡抚李孟群(后拒降被杀)。接著挥师东向，攻破钦差大臣胜保大营，斩总兵柏山。
陈、李联军攻破江北大营之后，滁州、江浦守将李昭寿、薛之元被清军招抚，先后献城降清，天京北路交通又受威胁。1859年4月，陈玉成应李秀成之请；前赴解救，率部抵达江浦、浦口，会同李秀成部转战于江浦、滁州、扬州之间，虽屡屡获胜，但始终未能将清军逐出这一地区。在此期间，洪秀全的族弟洪仁玕自香港到达天京，被封为干王，开始辅理朝政。陈玉成也因连年战功卓著，晋封为英王，时年22岁，
当陈、李联军转战于江浦，六合附近时，曾国藩、胡林翼率部进围太湖，并调兵遣将，积极准备四路进兵安徽。为了解太湖之围，阻击东侵的湘军，陈玉成率部西返，并联络捻军张乐行、龚得树部，齐集潜山、太湖，抗击湘军。1860年1月14日，陈玉成、张乐行、龚得树率部于地灵港伏击湘军，毙伤敌千余。2月16日，双方大战于小池驿，结果被湘军击败，损失惨重。陈玉成见援救无望，命令撤出太湖、潜山，退守桐城、安庆。
这时，天京周围正在准备进行二破江南大营战役，陈玉成奉调东返。3月初，率部抵达滁州，全椒地区，4月下旬，由东西梁山渡江抵江宁镇。各路太平军云集天京城外，号称10万，形成了对江南大营的反包围，并决定从五个方向进攻江南大营。陈玉成部担负由江宁镇经板桥、善桥进攻江东门的任务。5月2日总攻开始，各路太平军连日冒雨出击，与敌大战。5日，陈玉成率部由上河、毛公渡等处搭造浮桥，首先突破江南大营的外墙，天京城内的太平军也纷纷出击，向清营投掷火罐，引起爆作，一时响声震野，附近清军闻之丧胆，纷纷弃营溃逃，大营的西部防线随之瓦解。这时东部清军也无心再战，纷纷焚营溃逃，大营四周火烟迷漫，人马嚣杂，钦差大臣和春等在一片慌乱声中逃往镇江。清军的江南大营再次被攻破。
攻破江南大营之后，各路战将登朝庆贺，同时商讨下一步战略。在这次重要的会议上，陈玉成出于对西线安危的关切，力陈集中力量回救安庆的必要，可惜未被采纳。最后洪秀全采纳了洪仁玕、李秀成的意见，决定东征苏(州)、常(州)。在李秀成东征苏、常期间，陈玉成仅在侧翼担任掩护任务，他先攻扬州，接著渡江南下，进攻杭州，3天后便撤围北返。他的飘忽无定的行踪，充分地反映出他既坚决执行命令，又无意在东线作战的复杂心情。
在陈玉成无谓地滞留东线战场的三个月里，曾国藩、胡林翼调兵遣将，从容地进行攻取安庆的部署：曾国荃湘军已推进到安庆城下，深沟高垒，严阵以待，多隆阿部则扎营于桐城以南，准备打援。1860年9月，陈玉成率部由天京渡江西征。经定远、寿州、六安、舒城，联合捻军龚得树、孙葵心部，进至桐城西南的挂车河，企图直接救援安庆。但遭到多隆阿、李续宜部的联合进攻，造成数千人伤亡，只得北走庐江，-件整待机。
此次太平军西征，取“合取湖北”(武昌)的战略，陈玉成与李秀成约定于次年4月在武昌会师。为了践约，陈玉成于1861年3月初亲率大军西进，连下霍山、英山、蕲水，于18日占领黄州，距武汉仅百余里。这时，第二次鸦片战争已经结束，根据签订的不平等条约，中国增开了汉口等十个通商口岸。英国参赞巴夏礼乘舰西上汉口，调查开埠事宜，事毕东返时，在黄州停留，会见英王陈玉成，“劝告”他不要进攻武汉。陈玉成缺乏外交经验，经不起巴夏礼的讹诈，便中止向武汉的进军，所部分别向鄂东北地区活动。由于安庆被围，情况危急，陈玉成遂于4月下旬率部离鄂回皖，进至安庆以北10余里的集贤关内，逼近围城湘军堑壕。与此同时，天京方面也调派洪仁玕、林绍璋和黄文金等率部来援，进至桐城、安庆间，谋与陈玉成部会合，共解安庆之围。
1861年5月初，多隆阿部对新到的洪仁玕、林绍璋、黄文金部太平军，连续猛攻，给以重大杀伤，迫使洪仁玕等退入桐城。陈玉成见洪仁玕等援军受阻，湘军增援部队将到，遂留下主力刘碱林等部继续坚守集贤关内外赤岗岭等营垒，自率五六千人撤至桐城，准备同洪仁玕等会商后再回集贤关。5月下旬，陈玉成、洪仁玕等企图率部进入集贤关，结果遭到多隆阿部顽强阻击，前进受阻。这时，赤岗岭等垒已全部被湘军攻破，刘跄林等壮烈牺牲，陈玉成部精锐损折大半，元气大伤。7月下旬，陈玉成联合自皖南来援的杨辅清部，再次进攻围困安庆的湘军，又未获胜。9月5日，安庆失陷。
安庆失守以后，陈玉成取道宿松、黄梅，准备到湖北德安、襄阳一带去招兵，然而部众都不愿前往，只得取道英山、六安，前往庐州。
由于安庆失陷，陈玉成的家眷全部罹难，所部精锐损失惨重。不久，他又受到洪秀全“革黜”的处分，致使他的心情十分沉重，处境非常艰难。然而，他并未灰心。同年冬，他将手下的几员主要将领先后派往河南、陕西，准备去那里扩大队伍，他身边只留少数部队，据守庐州。1862年(同治元年)初，多隆阿等率部来攻庐州，他感到情况紧急，便分别给派往河南、陕西的陈得才，马融和、张乐行等去信，要他们赶快回皖，到庐州以北的正阳关一带接应。后又写信给在天京的护王陈坤书，要他率兵前来援救。但这些信件都被清军截获。因迟迟不见援兵到来，陈玉成心急如焚。正在这时，接到寿州苗沛霖(苗沛霖原是安徽风台县的一个落第秀才，185S年受命督办团练，势力不断发展，官至道员。1860年举兵抗清，太平天国封他为奏王。1862年又受胜保招抚而降清，陈玉成尚不知，故而被骗号受擒。)的来信，要他去寿州。信中还说：“孤城独守，兵家大忌。以英王盖世英雄，何必为这股残妖所困。英王常云：如得汴京，黄河以南大江以北，实可独挡一面。”(刀口余生：《被掳纪略》，《太平天国资料》，第210页。)陈玉成在一筹莫展之时，接到苗沛霖的谄媚献策，遂为之所动。1862年5月，他不听左右的劝阻，率领部队由庐州突围去寿州。当他一踏进寿州城门，就堕入苗沛霖的圈套，被伏兵包围擒缚。21日，陈玉成被解往钦差大臣胜保兵营。在公堂上，他坚贞不屈，拒绝下跪，并历数胜保的败绩，毫无惧色。6月4日，在河南延津被害，年仅25岁。
陈玉成部太平军是太平天国后期的中流砥柱，陈玉成的牺牲，也使整个战局随之迅速恶化。
陈玉成短暂而光辉的一生，差不多有一半的时间是在战场上度过的。他13岁参军，17岁当大敌，20岁为统帅，22岁封英王，统率千军万马，转战大江南北，为太平天国建树了辉煌的战绩，他作战勇敢，临危争先，屡建奇功，正如他自己所说：“何处官兵多，我即向何处救应!：”他行军神速，作风顽强，善打硬仗，为敌人所深惧，说他是“贼中最可恨者”。(张德坚语)，“自汉唐以来之悍者”(曾国藩语)，“近世罕有其匹”(胡林翼语)。他治军严正，纪律严明，又深受部属和百姓的爱戴!
陈玉成不愧为近代中国一位传奇式的英雄!
