1853年太平天国攻陷南京后，同年5月东王杨秀清派林凤祥、李开芳、吉文元，从扬州出发乘船到浦口登陆，率九军二万两千五百多人北上。并派朱锡琨、许宗扬、黄益芸为北伐后续梯队。当时目标是占领天津，然后等待援军，再取北京。后续梯队在浦口上岸后误走六合，未跟上前面主力部队。这支部队在当地宿营时被清军纵火烧毁了军火库，引起爆炸，死伤惨重，黄益芸丧生，朱锡琨逃生后与林凤祥会合，许宗扬则返回天京。因此，清军上下士气高涨，大力宣传“纸糊金陵，铁铸六合”，军心稍安。
北伐军从扬州出发后，途经安徽的临淮关和凤阳府，最后经亳州于六月进入河南。北伐军攻陷河南的归德府，夺得火药两万多斤并铁炮无数，但粮斛不足。北伐军本欲于归德府北四十里的刘家口抢船渡过黄河，但清军已将船只收泊北岸并全部烧毁。北伐军只得继续西进，经陈留县、朱仙镇、中牟、郑州、最后到达巩县的汜水口渡河 。因船少人多，尚未渡尽清军已追到。未渡河的后续部队约3000人被迫南归，经湖北回到安徽，倂入西征部队。渡河的北伐军自六月起围攻怀庆府（今河南沁阳市），经五十多日仍未能攻下，只好放弃，然后进入山西，经平阳府、洪洞县折往东趋屯留、黎城再由太行山入武安、涉县向直隶挺进。于8月28日攻克直隶重镇临洺关，京城震动，逃离北京的不下三万家。清廷一方面宣布京城戒严，咸丰帝任命其皇叔惠亲王绵愉为奉命大将军，以科尔沁郡王僧格林沁为参赞大臣，总督四将军及察哈尔兵马，与胜保等人协力，倾全力以保北京；另一方面也作了必要时撤出北京的准备。由于北京全城戒严，人心惶惶之际，物价飞腾，米珠薪桂，一片混乱。
因清军扼守保定，北伐军乃从深州趁虚而东，打算经沧州、静海从东面取北京。10月29日，静海已经落入太平军手中，不久，独流（镇）、杨柳青皆克，天津城已经近望在即。见此，僧格林沁、胜保二人分别率军由涿州和保定向东阻截太平军。太平军想在清军汇集前攻克天津，但遭到城内义勇与守军的顽强抵抗。他们扒开南运河堤岸，有效阻止了太平军的进攻 。洪水泛滥之下，使北伐军无法再前进。直到年底，北伐军约四万人都还停留在天津附近的静海和独流附近，从而给清政府得到调动军队时间。由于北京一带清军比北伐军多出数倍，加上北伐军以南方人为主，未习惯北方寒冬，令北伐军处于劣势。
1854年初北伐军被迫南撤。当北伐军在静海受困之时，林、李二人不断派人化装成难民、乞丐和艺人，乔装打扮出城，奔向天京求救，天京当局派曾立昌、许宗扬和陈仕保等率领七千五百人，在1854年2月4日出兵前去救援北伐军。他们疾行而进，仅四天就经桐城到达舒城。北伐援军在1854年三月渡过黄河，由于六安的“捻党”积极响应，援军很快拿下六安，连破正阳关、颍上，在3月初由亳州杀入河南，永城、夏邑等地被攻陷。渡河后的北伐援军滚雪球一般越滚越大，江苏、山东交界之地及鲁西南等地的零散捻军奋起响应，四处开花，沿途“捻子”纷纷加入太平军，声势浩大。四月间，北伐援军到达山东临清州，不知为何北伐援军没有继续前进，反而停下脚步把临清城团团围住，拼命攻打临清坚城。在阜城围城的胜保及山东巡抚张亮基等迅速向临清方向集结。如此一来，清军不仅阻止了北伐援军的继续北上，又对攻打临清的太平军形成反包围。在数万太平军援军攻克临清城后，城内粮食早已被清朝地方官员下令烧毁，吃饭顿成问题。而且，援军大军入城后，锐气顿失，被清军四面围困，反而成为瓮中之鳖。因为新入伙的捻子、盐贩子、流民等人各自三心二意，不听调遣，纪律极差。曾立昌只好向南撤退，他和陈仕保先后战死，许宗扬只身回到天京，被收入大牢。林凤祥、李开芳的部队在3月间退至阜城，吉文元在该地战死，再南退至连镇（今河北东光县内），林凤祥闻知援军到达山东，派李开芳分兵迎接援军。在李开芳会合援军前，援军已经溃散，李开芳只好固守山东高唐州。天京当局曾经命秦日纲率领第二支援军北上，在安徽舒城为清军击败，被逼折返。
清军分别在连镇和高唐州围困北伐军，两地的北伐军无法联络，坚守多月后，因粮尽而逐渐不支。1855年3月，清将僧格林沁攻下连镇，林凤祥受伤被俘，不久被押到北京处死。僧格林沁率兵到高唐州，李开芳知道林凤祥已全军覆没，从高唐州突围至冯官屯，又被清军围困，不久被俘，6月在北京被处死。
中国近代史学者郭廷以在他的《近代中国史纲》中认为失败的主因有二，其一为兵力不足。其二为南北语言隔阂，不似在两湖之时，从者动以万计。
另有观点认为，太平天国仅以二万余人北伐，反映了当时主政的东王杨秀清的偏安心态。他曾在1852年说：“今日上策莫如舍粤不顾，直前冲击，循江而略城堡，舍要害，专意金陵，而据为根本。然后遣将四出，分扰南北。即不成事，黄河以南，我可有也。”
在李秀成自述中，此次孤军北伐行动被认为是天朝覆灭的十大误之二。原因即为兵力上明显不足，无法达成目标。罗尔纲在《太平天国史》中考出大约只有九军约两万两千五百人。因此有人认为北伐是重大决策失误，徒然断送了太平军大批精兵良将，又分薄了西征军的实力，令西征波折重重，未能及早消灭新兴的湘勇。 但也有人认为太平天国的北伐虽然失败，但北伐军深入清朝统治中心地区，打击了清政府的封建统治，牵制了清政府的注意力，为同时进行的西征和1856年的东征的胜利，创造了条件。