李秀成着意经营苏浙，自与石达开返旗部队会合后，即拨一部分军队归堂弟侍王李世贤指挥。
李世贤以金华为中心，以二十余万的兵力设重防于浙西、浙中地区，东联宁波、绍兴，北与杭州、余杭的守将汪海洋和陈秉文呼应。此外，杨辅清部太平军在皖浙交界一带活动，以牵制左宗棠的入浙。
左宗棠娴熟兵略，在入浙前先解除后顾之忧。他命刘典督兵赴婺源，以阻挡杨辅清的攻势。自率大军由江西广信进入皖南，与杨辅清在皖南展开激战，杨辅清战败撤退。
随后，左宗棠即率军进入浙江，进攻开化。开化一带太平军防守力量薄弱，这也是左宗棠选开化作为入浙的突破口的原因，楚军兵少，不敢与太平军决战于金华，只好柿子捡软的捏，准备先克严州（今杭州的一部分），然后进军杭州。攻占开化后，楚军又于二月克复遂安县城。正在左宗棠北上之时，李世贤率大军出金华攻衢州，左宗棠只好先从遂安回兵救援衢州。衢州是清庭在浙江的唯一基地，自李世贤入浙起，衢州守将李定太就依托衢州府城易守难攻的特点，一直拒守待援至今。左宗棠先解衢州之围，与李世贤军在衢州城下大战，双方相持不退。一直战至五月，大小数十战，太平军连连败北。这时候的太平军战斗力也确实太差劲了，左军不足万人，而李世贤带兵五六万，又在自己的地盘之侧，竟然在一带衢州持续交战两三个月，不能击退救援的孤军。六月，李世贤因屡败而回军金华。
左宗棠本来甚是畏惧太平军的势大，对李世贤的勇敢无畏也有忌惮，却不想太平军如此不堪一击，当即修改作战计划，决心在金华与李世贤决战，先歼灭太平军主力，再收复全浙。适逢左宗棠在湖南招募训练的楚军新军到达前线，又造船调炮，添设水师，左宗棠军队的实力大为增强。
而在同时，英法联军组织的几支军队也左军的阵营。左宗棠入浙后，英、法等国乘太平军主力集中在浙西，无力东顾之机，以太平军攻克宁波、损害商业利益为借口，派联合军队与华尔的“常胜”军，从海路出发，对宁波的太平军发动进攻，于四月十二日占据宁波。接着，英国人乐德克仿照华尔常胜军，在宁波募集军士千余人，以英人为教练，组成常安军和定胜军。宁波海关税务司法国人日意格与法国海军军官勒伯勒东招募华勇千人人，后增至三千人，由法国军官任教练，名为常捷军。常安军、定胜军、常捷军都经本国政府支持，接受浙江巡抚左宗棠的节制。其后，常胜军、常安军、定胜军、常捷军协助清军攻占慈溪、余姚、奉化等地。常胜军队长华尔就是在慈溪一战中被太平军击伤，不久后在宁波伤重而死，其队长一职由副统领白齐文接任。
有外国人的帮忙，左宗棠信心更足。同治元年七月，左宗棠调集兵力与李世贤决战于金华，左本人率军万余进向龙游、兰溪、汤溪一带。清军福建记名提督秦如虎进攻金华南面的处州府（今丽水），并克之，使太平军金华守军失去一面屏障。八月，由广西按察使调任浙江布政使的蒋益澧带领广西左江镇总兵高连升的八千湘军经湖南、江西进入浙江，与左宗棠军会合。左宗棠令蒋益澧、刘典、高连升在北、西、东三面猛攻汤溪，以打破金华与汤溪等地的犄角之势。太平军毕竟人数众多，又有坚城可倚，血战数日，左军失利。
恰在此时，曾国荃的湘军正加紧围攻天京，李秀成则率十余万太平军驰援天京，抵达天京城南，展开了雨花台大战。李世贤奉洪秀全之命，带领浙江太平军精锐万余人从浙江赶到天京参加这次战斗。李世贤率军离浙，使金华一带的太平军在同敌军的对垒中失去了优势。
九十月间，左宗棠分军数路进攻龙游、汤溪、兰溪、严州等地，同太平军交战数十次，双方均有胜负，但太平军依靠城高垒坚，并不直面对阵，而一大炮迎敌，使左军伤亡较大。
十一月，左宗棠又一次调整主攻方向，集中兵力于严州。严州地势，外通皖南徽州、宁国，内达杭州，为金华北面屏障，形势重要。十一月十四日，左宗棠军经艰苦奋战，攻陷严州。
严州一失，处州（今丽水）已陷，犹如金华左右臂折断，如再克兰溪，金华则势为孤城。在这危急关头，驻扎在湖州、绍兴的太平天国戴王黄呈忠、首王范汝增、梯王练业坤率十余万人增援金华。李世贤离浙后，负责节制金华一带太平军的忠神天将李尚扬也亲赴汤溪前线指挥反击，把左军打退。
如果太平军能够精诚团结、统一指挥，金华战局还大有可为，太平军虽然武器比较低劣，作战部队也良萎不齐，但毕竟有军队二十余万，而左宗棠所指挥的几支军队相加，才二三万人，要想击败左军，并非难事。可惜的是，部分太平军的将领斗志已失，有的不战而退，有的投降清军。同治二年正月初九日，驻守汤溪的太平天国战将彭禹兰向敌军密约乞降，遂于第二天将忠神天将李尚扬等八名战将诱到城外，被埋伏于此的蒋益澧部湘军俘获。十日夜，蒋益澧率兵攻城，彭禹兰则开启西面城门，引狼入室。尽管城内太平军进行了殊死的反抗，但已抵不住湘军的攻势，十一日晨汤溪陷于敌手。十二日，龙游、兰溪的太平军从两城撤离，左军不战而得。同样太平军援军黄呈忠与金华守军一听汤溪失陷的消息，也从金华遁走。
事情的顺利大出左宗棠的意外，左军轻而易举的占领太平军浙江的大本营金华。
黄呈忠等部从金华撤兵后，其他各城的太平军士气尽失，纷纷逃匿。左宗棠军摧枯拉朽，于一月内连占金华以东的武义、永康、东阳、义乌、浦江、诸暨等六县。大树还没倒，猢狲早已散。与此同时，宁波、绍兴方面的太平军也在退却。正月二十六日，清军伙同常捷军攻占绍兴。二十九日，左宗棠一军又攻占杭州上游的桐庐，直逼富阳。
二月，左宗棠移营严州，坐镇指挥攻打杭州事宜。刘典一军抵富阳县境，当杭州之西南，距杭州仅八十里。蒋益澧所部高连升、熊建益等，从萧山一带前进，当杭州之南，距杭州亦不过百余里。
左宗棠克复浙江的军事行动如此迅速而有成效，清庭闻奏后大喜，连忙加官为为闽浙总督，兼署浙江巡抚。总督为封疆大吏，官衔虽为正二品，却有权力节制作为正一品的军事长官提督。而在二三年前，他还在曾国藩幕下襄办军务。
浙江的金华、宁波、绍兴如此快速失守，令正准备再次北上实施“进北救南”的李秀成大吃一惊，他慌令在江苏的听王陈炳文驰援杭州，并统帅在杭各军。以杨辅清、黄文金守湖州，李世贤驻浙北德清一带，居中策应。布置完毕，自己带兵北上。
陈炳文受命后，集中兵力，以杭州守将汪海洋据富阳，结合从金华一带撤退的太平军，深沟高垒，严阵以待。
这次，太平军有备而战，指挥权力也比较集中。左宗棠第一次碰到了硬钉子，几次派兵出击都遭太平军坚决抵抗，双方在富阳相持五月之久，小小的富阳仍然坚如磐石。
左宗棠简直无计可施，又恼羞成怒。八月初七，左宗棠孤注一掷，调常捷军三千人从宁波赶来，参加攻城。常捷军武器先进，尽为西洋开花大炮，威力远远大于太平军的土造枪炮。常捷军先以大炮对准太平军营垒狂轰滥炸，几番轰炸之下，太平军城外营垒被毁，继而左军全军大举出击，不惜代价的进行猛攻，太平军的防线被攻破，次日富阳失陷。汪海洋率部退到余杭继续据守。
随后，左军蒋益澧部与德克碑的常捷军迫近杭州城下，开始进攻杭州。杭州守军不多，城墙却是坚固。蒋益澧军围攻杭州两个月，仍然未下，左宗棠也不着急，反正杭州已是瓮中之鳖，只当是慢慢欣赏。
却不想，李鸿章的淮军来争功了。这月，淮军大将程学启与常胜军戈登诱降成功，苏州被淮军收复。克苏州后，李鸿章邀功心切，命淮军程学启部由苏南进入浙北，于同治三年二月二十八日（1864年3月25日）攻入嘉兴。这既让同时出任巡抚的左宗棠大感没有面子，又怕李鸿章来浙江分取一杯羹，胜利的果实快要到手，怎么能让别人来共同享受。因而，左宗棠急急上奏朝廷，要李鸿章的淮军缓来浙江，又令蒋益澧与常捷军加紧攻势。再调楚军黄少春部由皖返浙，集中全部兵力猛攻杭州、余杭二城。
二月二十四日，太平天国杭州守将听王陈炳文弃城北走，蒋益澧部湘军和德克碑的常捷军攻陷杭州。同一天，太平天国康王汪海洋也从余杭北逃。
太平军陈炳文部与汪海洋部逃出杭州、余杭后，苏浙两省除湖州外已无地可去。两军遂在浙北德清与李世贤、杨辅清等部会合。浙北地狭，十数万大军粮草供应困难。李世贤、陈炳文、汪海洋等部接到李秀成的命令，要其进入安徽就食，待江南秋收后再领军回救。太平军遵照指示分别由德清进入皖南。湖州则由黄文金、杨辅清、李远继等部太平军坚守。
只是，李世贤等一去，再无回救之时。太平天国后期，各根据地外围的陆上通道被清军切断，水上运输被湘军水师与洋人炮船控制，粮食、军火根本无法供应。而根据地内由于战争的原因，人民纷纷逃散，早已经残破不堪。所以大军就食一直是困扰太平军高级将领的最大难题。这也是太平军在金华、杭州、余杭一带不战而退的原因。军中无粮无弹药，以饥饿之师、执刀矛之士战武器精良、训练有素的湘、淮、楚军，人数虽众，也只能是一群乌合之众，大败亏输实在情理之中。幸亏李世贤、陈炳文、汪海洋等部见机的早，没有参与决战，还算保持了大部实力。入安徽后，大军先战于湘军后方，等到江南秋收，李世贤、陈炳文、汪海洋欲要回师天京，却闻天京已陷，这支大军回去不得，转入江西，后转战于福建、广东。
湖州的黄文金、杨辅清等将于天京失陷也分别弃城而走。七月下旬，黄文金与带幼天王突围到湖州的干王洪仁什肯鲁防耄卣阃罱唤缫淮髯摺Ｑ罡ㄇ宄鲎呱虾＃群蟛啬溆诠阄鳌⒐愣⒑稀不盏仁。笤诟＝被葱颂教旃诮徊叮焙τ诟Ｖ荨�
左宗棠因平定全浙，清廷叙功，封为一等伯爵。