之前，李续宾部下也曾经提议退守桐城，再作打算，却不为其所接受。他的如意算盘是，如果自己能坚守三河，待桐城与留守九江的清军及时增援，则可对陈玉成部形成前后夹击，一举歼灭太平军主力，如果战争失利，亦可凭湘军的战斗力从一面突围。此可算是最大的如意算盘。因此，李续宾一面留待三河，一面派人飞速催促其他清军火速前来接应。
可惜，陈玉成已经不给李续宾这个机会了。他命人掘断河堤，先绝李续宾的突围唯一去路。
直到这时，李续宾才大吃一惊，但为时已晚。
十一月十五日黎明，陈玉成率军先对湘军的三河大营进行试探性的袭击，激战竟日，遭湘军顽强抵抗，不利而退，这使李续宾信心大增。第二天，天色未亮，李续宾以陈玉成毫无防备，派出七营士兵，共约五千人，偷袭陈玉成的大营。陈玉成果然防备松懈，湘军轻易得手，太平军败退金牛镇。这下，李续宾轻视之心更生，认为太平军不堪一击，击败太平军、打破包围圈在此一举。
却不知，这正是陈玉成“反客为主”之计与“杀回马枪”战术。所谓“主”、“客”，就是争取作战主动权的问题。陈玉成经常采用的方法就是先示敌以弱，诱敌出战，使攻坚垒、攻山险，待敌疲乏后，然后回身，集中优势的精锐兵力攻击敌人，一鼓而歼。
李续宾骄狂的本性必然导致其全军覆没。他见陈玉成败退，遂派大部队兵分三路在后紧紧追击。及至金牛镇时，太平军忽然回身，向湘军杀来，两旁伏兵齐出，杀声震天。时正值大雾满天，视线模糊，湘军虽然精锐，但猝不及防，又不知太平军底细，在前后夹击之下，顿时混乱一片。
片刻，湘军左、中、右三路相继被击溃，李续宾闻讯后，连忙亲带士兵赶来救援，但太平军铁壁合围已成，湘军连续多次冲锋，始终未能突破重围。这时，李秀成后军也及时赶到，三河守将吴定规自城内杀出，三路会兵夹击之下，李续宾大败，只得逃回大营，坚壁不出。
太平军乘胜直趋湘军三河大营，重重围困，乘夜进攻。
一向意气纷发的李续宾想不到有此惨败，心中哀叹。不过，此时，他的心中还没有完全绝望。摆在湘军的面前有两条路，一是集中兵力，突围而出，其实突围谈何容易。二是固守待援，但面对几十倍的太平军，固守亦非易事。李续宾先是选择突围，这是任何人都明白的，面对攻势凌厉的太平军，不赶快突围而出当是死路一条。当夜，李续宾发布命令，令各营做好准备，乘月色在三更时突围。但到了三更，他又后悔了，据《湘军志》记载，“续宾终耻于溃围，谋复固守”。可惜军心已动，李续宾虽想固守，部下却已无战志，在太平军的攻击到处奔逃，李续宾亲出督战，也不能禁止，最后死于乱军之中（一说羞愧难当，自缢而死）。曾国藩的弟弟曾国华也在此役里阵亡。
至此，李续宾全军覆没。湘军失一最骁勇的大将，又失精锐近万，实使湘军大伤元气。得知曾国华战死与李续宾全军覆没的消息，当时湘军的家乡湘乡是“家家悬幡，户户哀声”，曾国藩“悲恸填膺，减食数日”。
这是自湘军创建以来未有的惨败。
李续宾自参加湘军以来，七年之间，先后克复四十余城，大小六百余战，鲜有败绩，现在一旦覆没，对湘军的震慑力当然非常巨大。
陈玉成、李秀成乘胜锐进，连克舒城、桐城。进击安庆的清军一路已经势寒，为免腹背受敌，连忙撤兵退回宿松，安徽的形势又转危为安。
可以说，三河大捷是陈李合作上演的又一大片。
战争虽然已经过去，但回味一下这过程还是颇有意味。一是李续宾的求胜心切，意气用事。李续宾素以“以动制胜”的用兵方略见长，而且效果明显，即使在进兵三河之前的月余时间里，仍能连克太湖、桐城、舒城等要地，深入四五百里的接连胜利，不免使李续宾滋长了轻敌冒进的情绪，当进兵三河之前曾国华劝其慎重时，他执意不肯留军示怯，孤军直进三河。当其身临三河绝境时，部将建议退守舒城、桐城，但李续宾还是不听，并说：“贼能战，我亦能战。退，必为所蹑”。初战不利，又有人劝其先行突围，然后再图进取，李续宾固执己见。可以看出，在此时，李续宾的意气用事已经代替了理智处事，结果导致全军覆没的结局。二是清军的内部矛盾。在三河大战前后，李续宾曾经多次派人飞速催促其他清军火速前来接应，如果真如所请，清军其他部队及时日夜兼程赶到救援，李续宾的战略意图即可实施。问题是湘军是汉人军队，满族官员与湘军将领之间矛盾重重。比如官文，时任湖广总督、钦差大臣，督办湖北军务，又系此次进军安徽的主将，但他素来瞧不起汉族地方军政大员，表面上虽与湖北巡抚胡林翼相安无事，实则处处为难或敷衍应付。当李续宾进兵桐城了解了太平军重兵设防的实情后，急忙致书官文速拨援兵时，官文居然坐视不救，并持书遍示下属官员，公然讽嘲道：李公一向用兵如神，现在军威大振，何攻不克？哪里就少我一个呢？幸灾乐祸之情溢之言表。在三河大战里，居丧在湖南的胡林翼闻讯急忙致书官文，陈说意见，力促官文火速赴援三河，但官文坚持初意，始终未发一兵一卒。又如德兴阿，虽然败退瓜洲，但残部还有三千余人，完全可以在陈玉成带兵进军安徽时追摄其后，以为救援。在其接到李续宾的求援信后，居然也是坐视不救，任凭湘军精锐被太平军歼灭。
如此搭档，李续宾败亡三河也就势所必然了。