同年11月，因功加同知衔。1857年（咸丰七年）2月，丁忧回籍。夏，周凤山被太平军击溃，王珍、刘腾鸿阵亡，士气低落。同年10月，在江西巡抚耆龄的保奏下，重新得到起用。1858年（咸丰八年）4月，因功升同知，赏顶戴花翎，8月攻克吉安，因功升知府，加道员衔。1859年（咸丰九年）5月，在景德镇三战三捷，攻克浮梁，因功升道员。
1860年（咸丰十年）5月围攻安庆，屡次击退英王陈玉成的援军。1861年9月攻陷安庆，因功加布政使衔，以按察使记名，赏穿黄马褂，赏“伟勇巴图鲁”名号。同年九月，攻克无为州（今安徽无为县），取太平天国粮仓运漕镇，因功赏一品顶戴。1862年（同治元年）1月授浙江按察使，2月升江苏布政使，3月攻克巢县、含山、和州，5月攻克秣陵关，围天京（今南京市），驻营雨花台。
曾国荃在疫病盛行的不利情况下，以寡敌众，力战四十六昼夜，屡次击退忠王李秀成、侍王李世贤的反扑，先后击毙对王洪春元、德王唐日荣。1863年（同治二年）擢升浙江巡抚，定计直取天京，攻敌之所必救。1864年（同治三年）7月攻陷天京，擒获洪仁达、李秀成等大小头目三千人，曾国荃纵兵焚烧抢掠7天7夜，血洗全城。曾国荃因功赏太子少保衔，封一等威毅伯，赐双眼花翎。
曾国荃因为功高多谤，称病开缺回籍。1865年（同治四年）6月起用为山西巡抚，12月调湖北巡抚。1866年（同治五年）7月奉命帮办湖北军务，镇压新捻军，成为捻军最危险的敌人。次年5月因剿贼无功摘去顶戴，10月因病请假开缺，12月因东捻平定恢复顶戴。1875年（光绪元年）再次启用为陕西巡抚，历任河东河道总督。
1876年（光绪二年），调任山西巡抚，正好遇到大旱，曾国荃先后赈银一千三百万两、米二百万石，活饥民六百万，民众感其恩德，为立生祠。1880年（光绪六年），告病乞归。1881年（光绪七年），授陕甘总督兼兵部尚书衔，赴山海关治防。1882年（光绪八年），署两广总督。光绪九年（1883年），赐紫禁城骑马。光绪十年（1884年），历任署礼部尚书、两江总督兼通商事务大臣。
光绪十一年（1885年），京察，以曾国荃夙著勋勤，开复处分。光绪十五年（1889年），慈禧太后归政，推恩加太子太保。光绪十六年（1890年）9月，在南京病卒于任上，终年66岁。赠太傅，赐金治丧，命江宁将军致祭，谥“忠襄”，入祀北京昭忠祠、聚良祠，并在湖南原籍、江苏省城建立专祠。主要成就：曾氏兄弟5人，除曾国藩文才武略，对于近代中国的影响深远外，九弟曾国荃的功名要高于其他3人，不仅对于清朝功不可没，对曾国藩的帮助也最大。
曾国荃比曾国藩小13岁，生于道光四年（1824年）。16岁时，跟着他的父亲到京师，就学于曾国藩，很得乃兄的嘉许。道光二十二年（1842年），曾国荃离开京师回原籍，曾国藩送他到芦沟桥，以诗为别，写道：“辰君平、午君奇，屈指老沅真白眉。”曾国潢生庚辰岁，曾国华生壬午岁，曾国荃字沅甫，故以“辰君”、“午君”、“老沅”分别代指3人，诗赞曾国荃才俊特出于兄弟几人之上。
曾国荃生性十分高傲，史书记载他“少年奇气，倜傥不群。”1847年曾国荃以府试第一人入县学，不久举优贡。1856年，曾国藩率领的湘军在江西湖口惨败后，被太平军围困南昌周围的狭小地区，处境十分险恶。曾国荃为了救援其兄，与吉安知府黄冕劝捐募勇3000人，援救江西，连陷安福等地，进围吉安。太平军凭险死守，等待援兵，攻城非常困难。
曾国荃等采取挖壕筑垒的战略，实行长围之策。以后攻安庆，陷天京，曾国荃都以挖壕围城取胜，因此有了“曾铁桶”的外号。据曾国藩的女儿曾纪芬讲，曾国荃每次攻入一个大城市，或者打了胜仗，总要请假回家一次，置田盖房，大约也是衣锦还乡，炫耀武功的意思，曾国藩在军中十几年，权倾朝野，却从来没有为自己营建过屋宅。这可以说是兄弟二人的不同之处。
攻下吉安后，曾国荃当然是回老家买田建宅去了。天京事变后，太平天国翼王石达开负气率部出走，给太平天国内部带来了沉重打击。洪秀全为扭转危局，采取了一系列措施，起用了陈玉成、李秀成、林绍璋等一批青年将领。首先陈玉成率部攻克庐州，后又配合李秀成在乌衣渡大败清军，接着又乘胜追击，直下浦口，攻破清军的江北大营，解了天京之围。
