胡以晃在1月上旬得到城内间谍送来的情报，知道守军已无粮食，军火也快用完，便下令增挖地道。
江忠源的弟弟江忠濬，以及同知刘长佑，于1月10日领着从湖南招募的勇丁赶到庐州，驻扎在西平门外的五里墩。江忠源的族弟江忠信也跟随江忠濬来到了庐州。城外的楚军与太平军殊死拼杀，仍然无法进城。
刘长佑和江忠濬决定派军士悄悄进城。江忠信率领十几名壮士，带着串钱和油烛，偷偷越过太平军的营垒，在半夜攀绳进入城内，接济城内守军，告诉江忠源援军已到。
湖北将领戴文澜都司，也带着五十八人同行，到达庐州，带着串钱进城。不过，这些援助仍然解决不了粮食问题。
庐州城外，布满太平军的骑兵，把清军增援部队隔在外围，无法逼近城墙，与守军形成犄角。
江忠信留在城内，屡次修补被炸毁的城墙，还攀绳出城，攻击太平军营垒。清廷后来将他提拔为五品守备，赏赐花翎。
在太平军攻城的一个多月里，城中的太平军拥护者，常常以太平军的名义号召市民起义。胡元炜招募的勇丁，分守北城的拱辰门，首领徐淮过去在县衙当差，却对清廷不满，他的手下有很多人与太平军暗中联络。
1月15日凌晨，庐州城内外浓雾如雨，能见度极低。太平军引爆水西门下隧道上层的地雷，炸垮了十多丈城墙。江忠源指挥部队抵抗。太平军分别逼近四座城门。拱辰门守军首先逃走，徐淮的勇丁放火内应，还在城墙外为太平军架好梯子。太平军缘梯而上。
江忠源一边应战，一边派兵抢堵缺口。不久，下层的地雷爆炸，胡以晃指挥部队登上废墟，击溃守军，冲进城内。江忠源挥军拦截，无奈清军兵勇或死或降，乱作一团。又听说城南有太平军登梯而上，人声鼎沸。各路太平军乘势攻入。
这时候，江忠源不惜一死，但还记挂着族弟江忠信的安危。在他的催促下，江忠信连忙出城，捡回了一条性命。
江忠源的随从们团团护着他，企图杀开血路。撑到早晨，守城清军全部被歼。江忠源见大势已去，举剑自刎，被左右制止。一名健壮的军士背着他奔走。江忠源咬着军士的脖子，逼迫他放手。
太平军步步逼近，江忠源转战到水关桥的古塘，身上七处受伤，从桥上跳下古塘，溺水而死。和他同时战死的有布政使刘裕珍和李本仁，以及池州知府陈源兖等人。
与江忠源一同从六安来到庐州的参将马良勋，以及从湖北来增援的参将戴文澜，县丞艾延辉与兴福，都死在庐州城内。
邹汉勋跟随江忠源来到庐州之后，清廷将他升为直隶州候选同知。这个刚刚步入官场的学者，被太平军斩杀在庐州西门，终年四十九岁。他死后，清廷以正五品官级赐恤。
邹汉勋个子不高，长相颇为怪异。他双目深陷，眼珠略带绿色，宽额头，高颧骨，尖下颚，胡须尖硬，说话操土音，外乡人很难听懂。每次出战前，他先喝下几杯酒，袒露一只手臂，手执长矛，刺死不少太平军。太平军对他十分仇恨，奋力砍杀，所以他死得十分难看。
邹汉勋一家五兄弟，都是颇有建树的学者，他的大哥邹汉纪是个音韵学家和地理学家。他的二哥邹汉璜是个医学家。他的两个弟弟邹汉嘉和邹汉章，也对军事地理学颇有研究。
据说，在这些死者中，除邹汉勋以外，陈源兖、马良勋和戴文澜死得最为惨烈。
江忠濬率领乡勇前来增援，未能救出大哥，悲痛万分。他决定留在安徽，搜集江忠源的残部，与太平军决一死战。
在江忠源死守庐州期间，清军的江南大营分出兵力，由和春率领，增援庐州，江北大营则派兵攻占了仪征。但是，和春的援军还没到达，庐州就被太平军攻占了。
江忠源死后第八天，江忠濬募人找回哥哥的尸首。江忠源旧部士卒周昌发冒死潜入庐州城，在古塘找到尸体，发现他面色如生。于是解下衣服，将尸首包裹，在太平军占领区辗转行走，背出城外。江忠濬派人将大哥归葬家乡新宁。
清廷得报后，追赠江忠源总督头衔，赐给他“忠烈”称号，赐予祭葬，赏骑都尉兼一云骑尉世职，褒扬三代，下令在湖南、江西和庐州为他建祠。
1854年，咸丰四年（2）
江忠源是一位颇具特色的近代军事人物，在清廷镇压太平军的战争中，占据着重要的地位。他以儒将领兵，对太平军作战“如报私仇”，是太平天国运动初期的一个劲敌。
江忠源钻研经世的学问，对清末军政形势保持着清醒的头脑。他善于领兵，从广西打到江西，转战四省，屡战屡胜。正因为如此，清廷在他生前死后，对他连连拔擢，予以殊荣。而后来的湘军巨头如曾国藩、胡林翼和左宗棠等人，则把他视为士大夫出而领兵的先驱和榜样，大力颂扬。但是他眼见得楚军已经在战争中消耗殆尽，却没能停下来招募训练新的勇丁，又投入新的战斗，终于独臂难支，在太平军进击下兵败身亡。
在晚清的历史上，江忠源的表演有如昙花一现。这个湖南人享年不过四十二岁，但他组织和训练楚勇，形成了一套开创性的办法，对后来湘军和淮军的统帅组建军队，产生了很大的影响。湘军以“忠义血性”的儒生为将领，兵勇都用朴实而缺少心眼的山农，以及将必亲选、兵必自招、兵归将有的原则，就是从江忠源这里开始的。但他自己并没有将这一原则贯彻始终，导致了他匆匆地结束了军人生涯。
江忠源治军，以赤心对待将士，部属愿为他效死。但是，他对部属的约束也很严格。楚军所过之处，秋毫无犯。每战必定亲自陷阵。指挥作战料敌如神，能以少胜多。守城时，每晚必定巡城一周，见士卒饭菜清苦，便下马上前，拿起筷子亲尝，并说：“巡城饿了，与你一起吃顿饭。”士卒感服，不忍背叛。其他将领率领的骄兵悍卒，见了江忠源的作为，也对他气折心服。
有人当着江忠源，夸奖他的部队纪律森严，江忠源叹息道：“古代的名将用兵，非常讲究‘节制’二字。所谓‘节’，能使进退有法，而心意相交；所谓‘制’，则能使取舍有主，手足一致。我是一介书生，仓卒之间募兵打仗，从来没有加以训练，怎么谈得上纪律？”
不过，江忠源认为自己能够对兵法心领神会，并以此自负。每当大敌当前的时候，他会骑在马上，观察山川形势。见到坡岭重重的地形，他就举起马鞭，对部将指点说：“在这里埋伏一支部队，等到我转战到那里时，你就出兵接应。”
如果眼前是一片平地，但是田畴交错，他也会留下几名骑兵，埋伏在阡陌之间。当与太平军相持，情势危急时，他就会命令伏兵突出，获得全胜。
有人请教江忠源：“将军为什么要在那里安排伏兵呢？”江忠源似乎也说不出所以然。他似乎具有军事天赋，完全凭自己的直觉来部署兵力。
江忠源以规划天下大势，制定消灭太平军的方略为己任。他经常说：“天下大乱，不知何时能了。我应该弃文从戎，专门为国家治兵讨贼。”
在对太平军作战的清军大将中，提督向荣名重一时。但是，江忠源却看不起他。曾有人问他，乌兰泰和向荣比较，谁更优秀。他回答说：“各人看法不同吧。我觉得乌公忠勇，而向公工于心计。以永安战役为例，乌公是南路总指挥，向公是北路总指挥。向公网开一面，让贼寇逃脱了！其他就不必说了。”
那人又说：“可是，向公是享有盛名的大将啊，这是为什么呢？”
江忠源叹息道：“这是因为，他还懂得征讨贼寇是自己的责任，比其他将领强了一些。天下实在缺乏人才，可叹可叹啊！”
在清廷看来，军队之中，确实缺乏干才。缺乏什么样的干才呢？就是江忠源这样的大将。江忠源在东南几个省份立下了战功，所以能够名扬天下。不过，江忠源未能实现自己的志向，就败在了太平军的手下，实在是因为清军中像他这样的干将太少了。
江忠源于1851年率楚勇开始出境独立作战，开以勇代兵之先河，率先通过练勇，组成新的汉人军队。他给文宗所上的讨论军事的奏疏，《清史稿》说是关系到清廷成败大局的谋略。他的思想，对曾国藩后来训练湘军，创建水师，很有启示作用。
江忠源与曾国藩都出身于书生，都有极强的建功立业的欲望，并且能独当一面。两人都因练勇起家，得以建立起效忠于自己的地方军队，与强大的太平军作战。他们为官勤政廉洁，作战勇猛顽强，在湘军的历史上，形成了前仆后继的格局。
1854年，咸丰四年（3）
江忠源不但自己带兵打仗，还把三个胞弟和两个族弟领上了战场。他的胞弟江忠濬、江忠济和江忠淑，族弟江忠义和江忠信，都先后跟随他从军。他的这些弟弟，都得到了清廷的提拔。这种做法也形成了示范作用。罗泽南率领门徒从军，曾国藩把几个弟弟带出家乡建功立业，都是仿学了江忠源的做法。
当曾国藩在京城预言江忠源将因忠义节操而死的时候，清末的内战还没有发生。听到这个预言的人，都觉得曾国藩的这句话说得耸人听闻。没想到十多年后，这个预言竟然就应验了。
江忠源的夫人陈氏，没有为他生儿子，将弟弟江忠濬的儿子江孝椿当作养子。不过，江忠源出任湖北按察使的时候，纳了一个杨氏为妾，她在江忠源去世十三天之后的除夕那天，为江忠源生下一个儿子，取名孝棠。江忠源的亲友们，无不为他庆幸。
江忠源死后，清廷一时找不到合适的人来主持安徽的军政大事。文宗命令提督和春与漕运总督福济收复庐州，然后任命福济为安徽巡抚，在庐州以东约四十里的店埠驻军，这个地方现在叫做肥东。但是，在后来相当长的一段时间内，清廷都无法挽回在安徽的�