战事的发展便如同彭玉麟预料的那样，太平军与大理义军会师之后，太平军主攻东南两面，大理义军主攻西北。西北面的团山、大普吉、夏家窑一带相继失陷，大理义军猛攻碧鸡关、梁家河、高峣、普坪村等地。紧接着太平军南路军攻陷易门，两天后南路军打下了晋宁等地。李孟群部死守碧鸡关已经是摇摇欲坠，太平军各部从三个方向包围省府昆明城。
元月十八日，李孟群部被迫放弃碧鸡关，率领残部三千余人退入城内，碧鸡关、梁家河、高峣、普坪村等地相继落入太平军之手。随后几天内，太平军又相继攻陷北面的大石坝、小石坝、大板桥、小板桥、官渡等地，接下来又攻占了昆明城郊的金马寺、大树营等地，北面的退路被彻底封死。跟着大理义军抽兵北上攻占宜良，曲靖方向的清军自身难保，无力南援。至此，太平军实现了对昆明城的合围，城内清军除了滇池水道尚可利用之外，已经没有了退路。
外围战斗没有只得可提的地方，唯一的亮点便是太平军利用火炮与轻便的康格列夫火箭对清军外围各处阵地实施了饱和式的炮击。在这一仗中，康格列夫火箭被太平军步兵们广泛运用，临时由炮兵团分配到连队的火箭炮班，配合步兵连队发动进攻。各处战场上随时可见火箭拖着长长的尾焰飞向清军阵地，燃烧的火焰与爆裂的火箭战斗部上四散飞溅的铅弹随处可见，火箭成了清军的噩梦。
攻陷碧鸡关之后，太平军果然抢占了西山龙门，在山上架设了炮兵阵地，当日便击毁往来滇池水域运送粮弹的清军水师船只五十余艘，令清军水师不敢妄动。
次日夜晚，太平军一部又趁夜袭击了位于盘龙江尾、滇池边上的清军水师营地螺蛳湾，太平军利用轻便的火箭炮对水师营地进行了毁灭性的焚化洗礼，大火藉着风势将整个水师营地付之一炬。清军水师的船只只逃出来一半，其余的都化作了一堆堆燃着余烬的黒木。
清军的败势比彭玉麟预计的更加糟糕，彭玉麟很是悲哀的发现太平军在炮术一项上已经玩得炉火纯青，远程、中程、近程太平军都有相对应的火炮以及补充火器，加上太平军步枪的射程和精度优势，大量装备鸟枪、抬枪的清军有种被完虐的感觉。
外无援兵，内无粮弹，被断绝了水路通道的昆明城清军士气一落千丈，除了跟随彭玉麟、李孟群过来的数千湖南兵之外，城内云南地方清军以及团练、土司兵马无不都是惶惶不可终日。虽然彭玉麟可以摆出坚固的城防，可以想方设法对道路、桥梁进行破坏，可以将街道布置成巷战的理想环境，但他却无法改变清军的颓势。
元月二十一日，大理义军正式开始分兵向其他地州征讨，整个昆明城交由太平军进攻攻打。太平军新编第五军虽然是新成立的部队，但将士都是原来东殿、北殿等部精锐，也都是尸山血海中爬出来的人，整训只是操训新式战法和新式操典以及新兵器运用，第五军的战斗力与补充了大量乡兵的第一军竟然不相上下。
二十二日早晨，太平军开始攻打昆明城，在万炮齐发的隆隆声中，守城的清军一触即溃，镇守东门的云南提督惠庆首先带着人往回跑，从城墙防线上撤下来的清军拥塞在往城内的各条街道上，反而将彭玉麟的巷战障碍给破坏得不成样子，溃散的清军如同潮水，就连彭玉麟的执法队都拦不住。
在五华山顶上坐镇的彭玉麟看到这一幕，忍不住长叹一声道：“没有攻不破的坚城，唯有攻不破的人心啊，士无死战之心，再坚固的城防也是无用的，大事去矣。”
李孟群吊着一直胳膊，还能动的右臂执刀在手，愤怒的看着惠庆的溃兵怒道：“这个惠庆炮一响就跑，整个防线溃散都是他一人之过，待我带兵前去弹压，他要是再跑，我便一刀杀了他！”
彭玉麟无力的摇摇头道：“事已至此，多杀无益，由得他去，收拢兵马，准备死守五华山吧。”
清军逃兵大部分向攻入外城的太平军投降，只有数千人跑回五华山等山顶据点，据险死守。太平军控制了各处城门之后，在几个制高点也架起火炮与山顶的清军进行炮战，同时派出数十个连队逐片区域清理街巷内的残敌。
攻入城内的第二天上午，太平军一支搜索连队在金马坊附近一处街巷内找到了惠庆，这位提督大人正化妆成道士准备出逃，但被太平军细心的将士发现他还穿着官用的马靴，当场就被拿获。被抓获的惠庆连连求饶，被带到金马寺陈玉成大本营面见陈玉成。
才见到陈玉成，惠庆便跪地求饶不止，口称知道一条小路可上五华山与圆通山，便可顺利攻下两座山头，他愿意给太平军带路云云。
陈玉成颇为看不起惠庆，这时候太平军已经开始准备席卷全国，对于拿获的满清官员将士也不再是严厉对待，除了有大罪之人要杀也都是需要经过军事法庭审判，是以他没有为难惠庆，只是命人将他带下去看押，至于惠庆所说的小道可通山顶，陈玉成丝毫不感兴趣，城已经破了，城内知道小道的平民百姓不知多少，随便找个当地人问问就知道了，何必要惠庆来邀功？
经过一天的炮战之后，清军炮兵逐渐不被压制，到了第二天，大部分火炮被毁，剩下的火炮也因为没有弹药而熄了火。太平军也不着急攻山，时不时的向山顶打上几炮，其余步兵则加紧控制剩下的街巷。
到得第四日上，城内各处清军基本肃清，只有五华山和圆通山还在清军手中。山上的清军凄惨非常，粮食不多，饮水也成问题，伤兵没有医药，只能在惨嚎声中慢慢死去。