至此，陈玉成呼天天不应、叫地地不灵，坐困庐州，已经濒临绝境了。
3月下旬，多隆阿见进攻受阻，便派人试图挖开淝河的河堤，水淹庐州城。陈玉成得知这一消息，派兵数千人出击，击退了清军，保住了河堤。
多隆阿无奈，只能命令部队继续强攻。
4月初，清军逐步逼近庐州的南门、西门，于是开始在两门外修筑炮台，安置火炮。随后，清军的火炮就开始对庐州狂轰滥炸了。
5月8日（四月初十），清军逼近了东门处的城墙。城外的太平军营垒尽失，清军开始筹备攻城了。这个时候，庐州已经无论如何都坚守不下去了。陈玉成只好被迫突围。
5月12日（四月十四），陈玉成率三千小右队精锐从北门突出，弃城而走，直奔寿州（今安徽寿县）而去，目标是投奔苗沛霖。
陈玉成突出重围，来到寿州时，身边仅剩2千刘玱琳的小右队。
陈玉成留下刘玱琳在城外扎营，自己带百名卫兵进城。
可令陈玉成没想到的是，苗沛霖此时已经投降了清廷。陈玉成刚进城，城门吊桥就被拉起。陈玉成束手就擒。
刘玱琳见突生巨变，立即命令全队拼死强攻城门。奈何寿州城池坚固，兵力众多。小右队强攻之下死伤惨重。
不久，寿州打开城门，苗家军出城迎战，企图吃下整个小右队。
刘玱琳见大势已去，带领剩余的800士卒，往滁州方向撤退。
随后，苗沛霖把陈玉成解送颖州，交给钦差大臣胜保。胜保请示清廷后，按圣旨要求把陈玉成押解京师处斩。后来清廷担心途中生变，命令就地处决。
因此陈玉成的槛车行至河南延津县时接到清廷命令，在延津西较场被凌迟处死，首级传示楚、皖各营，年仅二十六岁。
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