1868年4月21日，曾国荃指挥湘军猛攻全椒县城，湘军集中为数不多的洋炮占据城外制高点猛轰城墙掩护湘军敢死队在近城处挖壕立栅，将大量劈山炮运至栅后开炮，压制城上太平军，掩护敢死队登城。湘军敢死队在身后洋枪队掩护下，冒死向城墙冲来，利用云梯登城，又以冲车冲撞城门口，还用吕公车靠近城墙，对城上射击。城上太平军用火炮猛烈轰击湘军，又用步枪、火葫芦、手榴弹打击湘军和湘军云梯、吕公车，用滚油浇泼冲车，扔下火把引燃冲车，用绳系石磨砸冲车，又在城内挖壕沟听音堵湘军地道，经过数日激战，曾国荃把所有招数都用上了，还是不能奈何小小全椒城分毫，反而白白损折了数千精锐。全椒城守军伤亡也不小，连带伤者在内仅存一千余人，城外阵地皆失。曾国藩见曾国荃强攻全椒城不下，戴盛宽部被困泗州城下，江南水师覆亡，关保部深入江苏，攻克常州、金坛、溧阳、高淳，大有包抄江宁之势，深感前所未有的忧虑，正在这时，记名总兵唐义训传来好消息，太平军清流关被攻克。原来唐义训久攻清流关不下，佯为撤兵，清流关久困，关上统领派探子四处探查不见清兵影子，就放松了戒备，开关通商收税、放百姓樵采，不成想唐义训派人装着商人、百姓混入关内，入夜放起大火，唐义训部复来趁乱夺了关隘。曾国藩得报大喜，命候补大名府知府李兴锐与记名总兵万众汾、李能通带三十营湘勇直取滁州城，唐义训带兵助攻，又命记名总兵李昭寿带绿营兵五千押解数万民夫从江苏沿古驿道源源不断运送军械粮饷供给前方各部。唯戴盛宽部被围，曾国藩已派鲍超部与江宁副都统辉布带五千马队去夺金坛阻击关保大军，身边除了督标已无兵可派，只得调原备打援的记名提督蔡元隆部二十营湘勇往援戴盛宽。1868年5月9日，蔡元隆部二十营湘勇到达泗州城外，挖壕筑垒立起营垒，与包围圈里的戴盛宽部遥相呼应，与太平军相持。
魏宣武见湘军打援部队已经调动，就派吴如孝第五野战师第一十三旅乘辎重船，在水师舰炮掩护下，攻取全椒古河集。然后用龙怒涛的水师舰炮打击宝林门外清兵壕垒，掩护吴如孝第五野战师护卫卒两营、辎重两营及炮兵重炮卒通过水路从宝林门入全椒县城，又运送了大量军械弹药入城。吴如孝自率第五野战师其余部队在曾国荃大军侧背挖壕建垒，曾国荃见状，命记名提督萧孚泗、总兵朱洪章、参将袁国祥，游击陈胜辉率三十营湘勇乘太平军壕垒未成、立足未稳攻击太平军，但是野战是曾国荃吉字营的短板，所以尽管萧孚泗、朱洪章、袁国祥、陈胜辉等身先士卒、奋勇拼杀，仍然被吴如孝以第一十四旅正面阻击、第一十五旅绕行侧击。以前萧孚泗、朱洪章、袁国祥、陈胜辉基本都是靠结硬寨打呆仗，利用劈山炮、进口洋枪洋炮在垒墙上远距离射杀太平军，野战是湘军吉字营的短板，所以萧孚泗、朱洪章、袁国祥、陈胜部很快就被击败，四人全都带伤挂彩。曾国荃只好收缩兵马，重新依托外围乌龟壳打呆仗。很快，吴如孝的部队就挖好壕沟，筑起营垒，并用大炮轰击湘军。吴如孝的壕垒刚好筑在大炮能有效射到湘军的地方，湘军从洋人那儿购买的12磅野战滑膛炮射程不及太平军，威力也小，只有干挨打的份儿，不到半天，湘军壕沟前的土墙就悉数被击毁。吴如孝还从壕沟向湘军方向掘进，到步枪有效射程内就横向掘壕，太平军伏在横壕内，用步枪射击湘勇，就像打移动靶一样，许多湘军士兵因为无内外土墙遮挡被击中毙命，一时湘军士兵只能在营帐内匍匐而动，而其大量装备的是发射米尼弹的前装线膛枪。土墙即尽，太平军用重炮击碉楼，湘军药石被中燃爆，碉楼中人、粮、弹、炮俱毁。太平军探子卒出动，清除残余花篱，然后步兵居中，骑兵卒从右翼包抄，对湘军发起猛攻。曾国荃等人指挥湘军拼死抵抗，记名提督易良虎部湘军十营离全椒近，闻报急来增援，从太平军侧背发起进攻，吴如孝见状，亲率探子卒和护卫营挡住易良虎部湘勇，稍后，安徽省统制郑伦也带兵赶到，与吴如孝一起顶住了易良虎部湘军。这时，第一十三旅也肃清古河集至全椒县城三营湘军陆战营，从曾国荃军侧面发起攻击，全椒县城得到加强的守军也击溃了宝林门外二营湘军。曾国荃部湘军人数虽众，但是遭到太平军优势炮火轰击和先进步枪狙射，先已伤亡三分之一，余者用洋枪、鸟枪、抬枪、大刀、长矛还击，不敌太平军按三三制布阵原则列阵的突击，一前攻两后护，兵兵相护、队队相持，射击和刺杀各方位配合，稳步推进，湘军正不敌间，不防太平军骑兵又从右翼包抄杀来，激战一个多时辰，湘军隐隐已有溃败之势。这时第一十三旅从侧面发起攻击，炮弹都落在曾国荃营帐之前，一时湘军吉字营大败，伤亡二万多人，被俘一万余人，余者四散奔逃，记名提督萧孚泗、记名总兵朱洪章、参将袁国祥重伤被俘，湖南副将成大吉、记名总兵朱南桂、萧庆衍、欧阳胜美被击毙，游击陈胜辉，都司杨治三、刘传愈被野炮开花弹炸死，记名总兵李光久、潘运璋及都司王步云均带伤护着曾国荃突围而走，正走间，全椒城内数百守军出城截击，曾国荃等身边仅剩千余残兵，大多带伤，诸将皆股颤，正慌乱间，喊声大起，一彪人马冲到杀散太平军，救了曾国荃等人就走，原来是记名提督张诗日带十营打援湘勇赶到，正救了曾国荃。记名提督易良虎见曾国荃败退，也只好引兵退却。