1854年，清军将领曾国藩所率湘军与太平军屡次交锋，太平军节节败退，被迫退出岳州、武昌。此时太平军的北伐也失利，形势危急，石达开临危受命，再次出镇安庆，主持西征。
同年12月，太平军在田家镇与湘军交战，再次惨败，战局进一步恶化，沿江要地接连失守，太平军水师损伤惨重。石达开看出想要扭转战局，必须加强水师。于是，他一边在安庆设立造船厂，昼夜赶制战船，一边加紧训练水师。在训练水师的过程中，石达开亲自制定训练计划，严格要求士兵，让他们熟悉各种水战战术。
经过一番努力，太平军的水师实力大增。后来，太平军与湘军在九江发生激战，经石达开领导指挥作战，太平军在九江和湖口两次战胜湘军。在这两场战役中，石达开充分发挥了自己的军事才能，采用诱敌深入、分割包围等战术，打得湘军水师溃不成军，几乎伤亡殆尽，仅陆军尚存。湘军统帅曾国藩气得差点跳江，幸亏被部下及时救起。
1855年4月，取得九江和湖口两次大捷后，石达开率军反击，再次克复武昌，天京到武昌的长江航道重新被太平军控制，打破了曾国藩借由长江航道攻入天京的设想。后来湘军再次围困武昌，石达开率领太平军在湖北、九江、武昌等多个地方与曾国藩率领的湘军展开战斗，双方互有胜负。因为湘军的主力都在围攻武昌，石达开发现他们在江西的防守空虚，于是改变计划，在这年11月挥师江西。
石达开这一去江西，就像猛虎入羊群，短短几个月，就顺利攻占了江西七府一州五十余县，江西绝大部分区域落入太平军之手，仅剩南昌、广信、南安、饶州、赣州五府还在清朝手中。据守南昌的曾国藩无可奈何，只能令围困武昌的湘军南下增援南昌。石达开在江西的胜利，不仅扩大了太平天国的地盘，还让曾国藩尝到了失败的滋味，狠狠地打击了清军的士气。
1856年9月，石达开所处的西战场军事节节胜利，就在他率军围攻南昌之际，天京事变爆发了。太平天国领导集团发生内讧，北王韦昌辉杀死杨秀清及其家眷，并清算其党羽，枉杀太平军两万多将士，扩大了天京事变。
石达开得知消息，心急如焚，立刻放弃围攻南昌，返回天京。他一回到天京，就指责韦昌辉不该杀害如此多的将士，韦昌辉却把石达开的指责当成了对杨秀清的偏袒，对他骤起杀心。石达开见势不妙，被迫出走天京，回到自己的大本营安庆。可他留在天京的家眷却没能逃过一劫，全部惨遭杀害。
韦昌辉的滥杀，激起了广大太平军的愤怒。同年11月，洪秀全在众人的支持下诛杀韦昌辉及秦日纲，平息了天京事变。之后，洪秀全迎石达开回天京辅政，并尊其为“义王”。石达开接受诏令，很快回到天京辅政。
石达开回到天京后，在政治上着手天京事变的善后事宜，安定人心；军事上击退了来攻的清军，又发掘出年轻将领陈玉成和李秀成。在石达开的指挥领导下，太平军在安徽、湖北两省屡战屡胜，并顺利解除武昌和九江的围困之局。太平天国的军事形势日益稳定，石达开的个人威望也达到了最高点。
然而，石达开的威望越高，洪秀全就越猜忌他。洪秀全加封自己的兄弟洪仁发、洪仁达为王，抑制石达开，又把他留在天京城，企图剥夺他的军政大权。石达开不堪忍受这种猜忌和排挤，最终在1857年5月，率众多将领和数万太平军出走天京，并布告天下说明自己出走的原因。这一走，石达开与太平天国彻底分道扬镳，也为他的命运埋下了悲剧的种子。
石达开出走天京后，先是进入安庆。后来江西的太平军形势不利，1857年10月，石达开率军进援江西，并在乐平、临江、抚州、广信、吉安等地转战半年之久。当时他的麾下缺乏水师，无法渡过赣江，最终只得放弃江西。
1858年4月，石达开转战浙江，先包围衢州，又分兵去攻占处州等地。然而，衢州久攻不下，清军的援军又接连进入浙江。石达开为了避免陷入四面受敌的境况，放弃浙江，转攻福建，占领浙江等地。在转战的过程中，石达开麾下有部属接连脱离，甚至投降清军，这让石达开的实力受到了很大的削弱。
1859年初，石达开命手下石镇吉、赖裕新等人分兵进攻广东、湖南。同年5月，石达开亲率主力攻打湖南宝庆府，企图由此进入四川，但最终败给清军，被迫进入广西。石达开在广西北部与石镇吉会师，打算攻打桂林，后因湖南清军赶来支援而放弃。
1861年9月，石达开自桂南北上，于1862年初经湖北入川。自此，为北渡长江，夺取成都，建立四川根据地，石达开转战川黔滇三省，先后四进四川。1863年4月，石达开终于兵不血刃渡过金沙江，突破长江防线。
5月，太平军到达大渡河，对岸尚无清军，石达开下令多备船筏，次日渡河。可谁能想到，当晚天降大雨，河水暴涨，无法行船。三日后，清军陆续赶到布防，太平军为大渡河百年不遇的提前涨水所阻，多次抢渡不成，粮草用尽，陷入绝境。
为求建立“生擒石达开”的奇功，四川总督骆秉章遣使劝降。石达开决心舍命以全三军，经双方谈判，由太平军自行遣散四千人，这些人大多得以逃生。剩余两千人保留武器，随石达开进入清营。石达开被押往成都后，清军背信弃义，两千将士全部战死。
1863年6月27日，石达开在成都公堂受审。他慷慨陈词，痛斥清朝的腐败和残暴，令主审官崇实理屈词穷，无言以对。而后，石达开从容就义，临刑之际，神色怡然，身受凌迟酷刑，至死默然无声，观者无不动容，叹为“奇男子”。
参考《太平天国史》