咸丰四年三月，太平军一面调集兵船到湘阴之南的靖港，一面袭取靖港西南的宁乡县，由宁乡进占长沙西南的湘潭。在湘潭获得民船后顺湘江北上，对长沙实行南北夹击。探知太平军行踪的曾国藩十分焦急，立即召开军事会议。会上分析了形势，其中大部分幕僚主张先攻长沙，理由是长沙为省城根本，落在敌手势必影响全局。只有陈士杰力陈不可先攻长沙，并提出自己独到的见解：

　　湘潭是通向长沙的咽喉，如果湘潭被攻破，长沙成会一座孤城。太平军上扼湘潭，下据靖港，省城米粮俱绝，不攻自破。而太平军水陆并进，分为三股，如果我们集中优势兵力攻打湘潭，占驻有利地势，可以切断其联系，让其首尾不相顾。

　　曾国藩听从了陈士杰的意见，沉吟良久，但还是下不了决心。陈士杰约请杨载福、彭玉麟“俱陈上攻(湘潭)之便”。陈士杰对彭杨二人说：“现敌军远道而来，江面炮台未定，我推定炮位未设，证明敌方立足未稳，是可乘之机。再说，如果我们占据湘潭，是扼住咽喉。”

　　此时，曾国藩才根据陈士杰的建议，派塔齐布、周凤山二人率部从陆路去攻打湘潭，另一方面由杨载福、彭玉麟率水军接应。

　　太平军林绍璋率军占领湘潭，目的正是陈士杰分析的那样，先攻占湘潭，再由南北两路夹攻长沙。但当他得知湘军放弃长沙，转而全力攻占湘潭时，林绍璋自知缺乏后援，形势危急，犯孤军深入之大忌。林绍璋的战斗经验较差，一时不知如何是好，只好召开军事将领会议，但诸将意见也不一致，相互争吵，乃至殴斗。正在太平军内部混乱之际，湘军前锋塔齐布攻至城外。林绍璋派兵在城北堵击塔齐布，自己退入城中。随后，湘军水师彭玉麟、杨载福、褚汝航也兵临城下，与太平军水师在城外湘江中大战。湘军之火力远胜太平军，湘军炮船用英、美洋炮轰击太平军木船，木船起火，焚烧甚惨。

　　湘潭之战自四月初一日(4月27日)至四月初五日(5月1日)。经过6天激战，湘军十战十捷，太平军阵亡万余人，逃溃亦近万人，船只被烧被夺2000余只。是太平军自广西出战以来最大的一次失败。自然也是湘军出师了不起的一次胜仗，成为双方军事的一个转折点。太平军西征军自此由胜转败；湘军的士气、声望则大振而起。这是一次具有具有转折意义的战争，靖港失败曾国藩想跳水自杀，这时传来湘潭胜利的消息，打消自杀的念头，重振军心，为今后的胜利铺平了道路。

　　太平军湘潭失败，一方面是曾集中优势兵力，水陆并进，陆师攻城，水师以利炮助战。二是曾国藩在《曾文正公奏稿》所说：潭城分党哄斗，自相戮者，约计数百之多。两广“老兄弟”开枪痛击各省新加入的“新兄弟”。

　　湘潭之战关键是收复了湘潭，正如陈士杰所分析的那样，扼住了太平军进攻长沙的主要通道，从而使太平军围困长沙的计划落空。但这场战争中陈士杰的侄儿陈庚星牺牲了。陈庚星身长九尺，餐食斗米，背负千斤，年轻时靠传授武艺为生，有徒弟数百人，闻名广西。曾国藩办团练时，陈士杰推荐陈庚星担任大营材官，屡建奇功。在湘潭战役中，因浮桥断裂，被淹死河中。

　　王闿运后来分析道：“当是时，寇若从湘潭上游乘春水攻省城，及从靖港乘北风来攻，皆不过二十刻。”国藩因多次接到出省援鄂的上谕，认为若攻湘潭，恐有退避之嫌，若能败靖港之敌，便可沿江北向。但部将多不同意，认为湘潭是大商埠，军需所资，理宜先夺取湘潭；若攻靖港大败，再退回省城，便是置自己于死地。

　　后来王闿运故地重游，作了四首绝句以记其事。其中一首是这样写的：胜算威名偶至今，信书信运两沉吟。旧人犹有彭陈李，谁识当年骆左心。