林凤祥、李开芳率北伐军过黄河后，于咸丰三年（1853年）7月2日占领温县，并分军至武陟县，地方绅士带领团勇，会同清兵，迎拒于司马集。
7月8日，北伐军进围怀庆府（今沁阳县）。济源、孟县人民纷纷参加北伐军，并支援大批粮食、牲畜给北伐军。
怀庆之战
怀庆为黄河北岸重镇，是怀庆府治和河内县治的所在地。怀庆地理位置上很重要。
丹河由山西泽州府南流，经怀庆府之北部，折向东北流，为卫水，直至临清而入运河。怀庆府地势西高东低，复有沁河经城北流过，在附近与丹河会合后注入黄河。
怀庆城围九里许。墙高三丈五，宽二丈，池深二丈五尺，阔五丈。怀庆府交通便利，据此城后，即可广往舟楫，顺流而下，直达天津，所以也是河北的军事重地。
怀庆府由知府余炳焘及河内知县裘宝镛会同都司穆特布相率清兵三百多人及团勇壮丁一万多人据守。北伐军攻克不下，即将四关围困。
太平军北伐形势图
7月15日、7月21日，北伐军先后两次用地雷轰塌城墙，力图冲入城内，但都被余炳焘等率兵勇截击抢堵，未能进入。
7月23日，太平军计划于东城、西城两处埋设地雷，用同时轰发的战术，使城中清军顾此失彼，不能兼顾。当天，东门地雷先发，城墙倒塌，河内知县裘宝镛竞被震落城下，被清兵救起，守城兵勇负砖石上城顶补，阻止了北伐军的涌入。到了西门地雷将发，时正近午，忽下阵雨，火药全湿，地雷未能轰发。地雷轰城没有成功。
以后，太平军曾先后挖掘地道二十余处，都被城内守军破坏。余炳焘为增强守城力量，释放了监狱中的犯人，令他们在守城战中立功赎罪。其中一个名叫任随成的，挖煤工人出身，他说能识破太平军的地道。他每天清晨察看郊野，见草上无露，即判明下有地道。远近曲折，一目了然。据此守军便于城墙外横挖深壕，太平军的地道轰城法因此受阻。
清军对怀庆太平军的包围
早先，直隶总督讷尔经额奏告拟赴大名府一带调度布置，并调署直隶提督保恒自古北口移驻省城保定。
讷尔经额于6月27日离开保定。同一天，咸丰命兵部尚书桂良赴保定办理直隶军政事务。讷尔经额派兖州镇总兵花里雅逊布带兵5百由长垣县（今改属河南省）沿黄河北堤赴延津一带渡口，署正定镇总兵双禄带兵五百由磁州（今磁县）、安阳（今安阳市）赴黄河北岸与花里雅逊布会合巡防。
山西巡抚哈芬、太原镇总兵乌勒欣泰带兵驻扎泽州府（今晋城县），知府觉罗乃济随同河东道张锡蕃防守陕、豫接壤的黄河渡口。
清政府又于6月30日令舒兴阿、张祥河派延绥镇总兵金万全带兵驰往陕州（今陕县）、灵宝等处驻扎，以防北伐军西进。7月8日，又调盛京兵四千布防直隶。
讷尔经额闻太平军已克温县，即令大名总兵董占元带兵一千三百名赶往温县。董占元于7月8日抵卫辉府（今汲县），进至嘉县，逗留不前。
咸丰帝在7月11日，再令直隶、山东、山西、陕西等省举办团练。7月13日，令讷尔经额为钦差大臣，总统抵抗北伐军诸军，恩华、托明阿帮办军务，舒兴阿、李僡、哈芬会办。
讷尔经额于7月12日至磁州，令署正定总兵双禄带兵一千兼程赴援。托明阿、西陵阿、善禄一军共四千余人于7月15日全部渡过黄河，开往怀庆。
讷尔经额带兵千余由磁州经彰德府（今安阳市）驻于卫辉府（今汲县）。计到怀庆前线的清军共达一万三四千人。
这些清军都驻扎在距怀庆三十里外，且都位于东南、东北方向，西南、西北方向则无兵驻守，因此对于太平军还没构成直接的威胁。
怀庆攻防战
太平军围攻怀庆之初，采取积极进攻战术。后由于屡攻不下，遂转入相持。随着清军援军增加，北伐军不得不转移一定的兵力，对付外围清军的进攻。
他们在府城周围，逐渐筑起坚固的防御工事，严守土垒，同时在夜间赶筑木城，以固防务。木城建造的方法是：以木板环立营外，坚厚难破，复护以土堆，周围设有炮眼，再建炮台，木城之外又掘深阔沟数道为护。这样对内可以攻城，外则可以坚守。一万多清军始终没有办法攻破。
城内守军亦始终没有办法与外围的援军互通消息，更不能互相联络以成内外夹攻之势。余炳焘有时派军队夜间缒城，放火焚烧太平军营，或者放毒，但收效甚少。
随着围城日久，城内粮食将尽，清军对太平军的进攻也渐趋激烈。
7月19日，托明阿部自沁河南岸三路进攻，太平军由城东南北面绕出击，清军“有所损伤”。7月22日，董占元率部越过丹河，太平军于李屯、孟庄一带迎击，并进至东南河岸准备抄后路，迫使清军退回丹河以北。7月26日，董占元率部攻水北关，因马队败退，自相践踏，被太平军追杀，损折参将千总以下兵丁不少。7月30日至8月1日，托明阿、胜保连日自北、东、南三面向太平军发动进攻，太平军坚守，或伺机以小分队袭击敌人。
清军每日遥望木城，放枪炮而散。
8月7日，沁河南北的清军约期进攻，胜保部攻城南，托明阿部攻城东，李僡、董占元部攻北面。怀庆守军亦选派壮勇二三百多名出城从后夹击。太平军凭借工事，用枪炮杀伤敌人，双方各有伤亡。
8月10日，胜保、托明阿再次向城南、东、北三个方面进攻，一度抵近城壕，太平军跳出木垒，直冲敌前，与敌拼杀，各有伤亡。
太平军的撤围
8月12日、13日，沁河南岸的清军侦知太平军欲大举攻城，于是再次分三路向太平军进攻。17日，太平军先以大炮轰击，继之与敌短兵相接，迫使清军后撤。次日凌晨，清军又出动马队暗伏林中，准备伏击，被太平军发觉后，双方枪炮互射，接着林凤祥督率数千人，分三路出击，与清军接仗，给敌人以沉重的打击。
怀庆守军禀报，城中粮极匮，居民挖藕充饥，势力难支，形势更迫使清军加紧进攻。钦差大臣讷尔经额于25日到达清化镇。南岸清军由西安副都统带马队五百，步队六百五十名，移扎怀庆西南十余里之沙岗、二郎庙一带，以威胁太平军的西路。胜保也移营前进，于离太平军木垒仅半里处扎营。
8月22日，北岸恩华率清军越过丹河，施放火炮，轰毁太平军望楼二座，太平军收缩也进攻北关，这时，山西援军郝光甲、乌勒欣泰部也进攻水北关，太平军的住房一部分被毁。8月26日，南岸清军越过壕沟，逼近木城，折毁土墙一部，焚毁房屋百余间。北岸清军再攻水北关。北伐军围攻怀庆56日，因受清军外围牵制，未能攻下，乃于8月31日开始撤围西去。
据讷尔经额等奏报，各路清军于9月1日对太平军发动全面进攻，并取得了很大胜利。实际上，太平军于8月31日前就开始撤离了。讷尔经额的“大捷”是谎报的，其目的是邀功求赏，又可免纵敌之罪。整个奏报，出战均无具体方位和情节，同时一反常态，将各路统兵大员的名字全部列上，大概是为堵众人之口。
对此，远踞北京的皇上和军机大臣们当然不能察觉出来。当咸丰皇帝对怀庆城内外的文武百官大加赏赐之日，北伐军已越过太行山向京畿挺进，事实戳穿了谎言。
太平军凭啥与清军相持？
从怀庆战中可以看到，太平军采取了内则攻城，外则坚守的作战方法。攻城基本是采取地雷轰城。
7月15日，21日，23日，采取了“穴地攻城”，轰塌城墙，其法是挖地道至城墙之下，“用棉被包裹火药五六斤，灌以桐油，用竹竿暗通药线，在数十丈外燃火发药，城垣立时被摧毁。”这是太平军的传统攻城方法。如武昌、金陵之战，都用此法。
在怀庆攻城战中，北伐军采用不同方位的两处地雷同时轰发的办法，是在过去战术基础上的一个新变化。筑城防御援敌，是太平军在怀庆作战的一个特点。《虏在目中》载太平军在怀庆城外：“四方皆筑土城，约高八尺，厚二尺，用木柱埋在土内，相去约四尺远，两两对埋，里外卡以木板，中实以土。……墙上开两小方洞，两两相对，小洞内安置抬枪，大洞置铁炮，外面看来，全不见枪炮形迹。贼从洞内，窥视官兵，城上亦可登望。土城外，有濠沟，即筑城取土之外，城完而沟亦成矣。内插竹钉，以防官兵冲突。”
8月7日，清军三路进攻，太平军“于木垒内暗放大炮，并不迎敌，我兵奋不顾身，直前进攻，至中间木垒之下，一齐放火球、火箭，该逆即由木垒齐出，势甚凶悍”。
从怀庆之战，可以看到北伐军将领身先士卒的特点。《张维城口述》中谈到：“每逢打仗，总是丞相领头，丞相进，则全进，丞相退，则全退，总看着他的旗子走。”老战士成为冲锋陷阵的骨干。
在战术方面，在怀庆战斗中，太平军通常采取正面当敌，两翼包抄的阵法。他们平时列队总是“以三军居中，六军分左右翼”，这是基本阵式和队形。出阵打仗时：“伪丞相之旗居中，分开门户。滚牌几数十面，稳住大炮。俟伪指挥将军由左右抄出，则滚牌手一散，大炮打出，左右继以抬枪、鸟枪，众贼纳喊，遂就势冲出。官兵为贼所惑，每在此时，人声、炮声，其势甚大。”8月18日，林凤祥亲率太平军对清军的进攻实行反击，就采取这种方法。“由东南北三路蜂拥而来，约计五千余人。伪天官副丞相林凤祥勒马督阵，经臣托明阿会同善禄奋勇迎击，毙贼一百数十人。该逆即窜匿村中空屋，欲抄我兵之后。”太平军这种灵活的作战方法，较之清军惯用的只知正面，不顾侧后的呆板战术要高明得多。
怀庆之战的战略被动
太平军围因困怀庆的56天中，前10天全力攻城，后46天，主要力量是防御清军的进攻，同时相机攻城。
由于怀庆府城守军的坚守以及清政府从各路调兵来援，怀庆没有攻克下来。从北伐战争的全局看，这是一个重大的战略失策。
北伐军在这里非但没有攻克怀庆，求得粮食弹药方面的补充，反而虚耗粮弹，损兵折将，拖延进军北京的时间，使北伐军活动的季节推迟，以致到达天津时，即进入冬季，给不习惯北方生活的军队带来一系列的困难和不利因素。在怀庆停留，又给清廷以喘息的机会，给清军以调兵遣将，从容布防的宽裕时间。怀庆之战是后来北伐军失败的重要原因。
北伐军很可能对怀庆守军轻视，对自己力量过于自信。北伐军一路穿城过邑，所向无阻，如履平地，就以为可以不费力地攻下怀庆。结果出于他们的意料之外，多次进攻遭到挫折，加之损兵折将，使北伐军更加愤怒，从而引起他们产生非克不可的战斗情绪。
从山西到直隶
9月1日，北伐军秘密地在夜间全部撤围乘虚西进，目的仍在攻取北京。
9月3日，北伐军过济源，通过山中羊肠小道，由济源县封门山口趋邵原关，翻山越岭而入山西之天坛山，其间“山路险峻，昼夜跣足狂奔，无不力竭足肿。”
北伐军的主要目的在于甩掉清军追赶。9月4日，在太平军派入垣曲县侦察人员策动下，里应外合，由南门进入山西垣曲县（今改为镇，在现在垣曲县之东南）。
太平军原计划由保定进军北京，但考虑到清军重兵阻挡，乃改变计划，向东进攻，然后折而向北。
9月18日平阳北伐军全部移入洪洞。第二天夜间，由洪洞南门整师而出，冲过郝光甲、托云保所部营盘，复折而东进，经岳阳、沁源，由山路入长子。9月21日，北伐军一部在屯留县丰仪镇与托明阿军相遇，两军开战，北伐军设伏击伤托明阿头部，清军大败，溃不成军。清廷命副都统明庆统其残军。9月25日，北伐军占领潞成县，次日攻下黎城县。经河南省涉县、武安县（今均改属河北省），于9月29日攻下直隶临洛关（今河北省永年县）。
北伐军继续向北进军，9月30日夜攻顺德府（今邢台市）不下。10月1日占领柏乡县。清帝闻讯，将讷尔经额革任，以桂良为直隶总督。
北伐军继续前进，10月4日攻下赵州，10月6日再攻下栾城县，斩知县唐盛。第二天攻下藁城县。但在藁城宜阳镇，太平军与清都统西凌阿、副都统明庆等率领马队接仗时，失利。
北伐军于10月8日东进攻下晋州（今晋县），斩知州杨云鳌。第二天克深州（今深县），斩知州陈希敬。这时北伐军复分军至深泽、安平、蠡县，10月13日，前锋达张登集（今张登镇）。
北伐军在直隶胜利消息传到天京后，天王洪秀全封林凤祥为靖胡侯、李开芳为定胡侯，吉文元为平胡侯，朱锡锟为剿胡使。
僧格林沁
这时，僧格林沁驻军涿州（今涿县），胜保带兵于北伐军前锋到达张登集之日，进入保定。
北伐军由于长期风驰电掣，士马疲惫，乃集中深州，稍事停留。清军随即围攻。10月16日、10月18日北伐军二次出击，均无建树。10月21日，胜保军四路进犯，北伐军受损。
太平军在静海面临的局势
北伐军继续采取避实击虚的战略，疾趋东北，乘虚攻天津，然后图北京。10月22日夜，北伐军全师退出深州，10月23日占领东南方向的献县。10月25日，北伐军折向南行，占领交河县，斩知县孔庆佳。第二天占领泊头镇。
胜保于10月24日自深州移营河间府（今河间县）。僧格林沁于10月28日自涿州移营固安县，企图阻止北伐军北进。
北伐军于10月27日攻下沧州（今沧州市）后，第二天占领运河岸边青县。其时，北伐军欲抢船北上天津，但船只不敷，仍由陆路兼程而进。
北伐军于10月29日占领静海后，建立土垒木栅。李开芳督队疾进独流杨柳青，林凤祥则留守静海大营。在独流，北伐军多雇民夫，编木为筏，乘之北上，水陆并进，10月30日，攻达距天津城10里地区。这是太平天国北伐军到达最远之地，也就是最北的地区。
僧格林沁
清军胜保、善禄、西陵阿等率部赶到静海。僧格林沁移营东安镇，拟再进驻杨村（今武清县）。天津方面驻军已达共七千多人。
北伐军腹背受敌。当时天津附近各县包括静海在内，因秋雨过多，大水泛溢，要道断绝，交通不便，前进困难。北伐军驻地静海、独流附近无大村庄接济，造成了粮食困难。
在天津知县谢子澄的策划下，组织流氓无赖，释放狱囚，诱骗白洋淀上以打雁为生的“雁户”、“船户”，他们地形熟悉，枪法较准，加以训练后，战斗力较强。大盐商张锦雯捐输巨资六千万文，供应军饷。清军还掘开运河堤岸，使“运河之水大至，环城数里，地洼下，皆成巨漫。”
北伐军用木筏渡水，遭到团练、雁户、船户、罪因等拼死抵抗，太平军受挫，伤亡较大，不得不退却，折回梁王庄转归杨柳青、静海、独流，扎木垒防守。
在双方军队数目的对比上，清军“各路大兵已有两万余众”，北伐军“仅余数千”。在装备上，清军有几千斤的大炮，众多的船只马群，充裕的粮秣、弹药。太平军则“粮已尽，断不能久持”，再加上缺乏棉衣，“时值冬腊，天严寒，冰毙者尸枕籍”。
静海攻防战
在进退维谷的困境中，林凤祥、李开芳只得在独流镇筑土垒、造木城，于杨柳青运板塞港，与静海互为犄角。三地相距几十里，采取守势。北伐军由进攻转变为防御。
北伐军于11月1日攻打追击的胜保军，打伤副都统维禄、明庆。11月5日，胜保带五百人绕道至津，布置防务，实际是征调援军。11月6日，僧格林沁移营王庆埨，逼近杨柳青。胜保偕盐政文谦等自天津来攻，副都统佟鉴带钢炮参战。
太平军为了缩短战线，退出了杨柳青，合力坚守独流、静海。
北伐军以十分之二三兵力守静海，由林凤祥指挥。以十分之七八兵力守独流，由李开芳指挥。并派人回天京请求援军。11月17日，林凤祥指挥静海军两度出击西陵阿等部，互有伤亡。胜保运八千斤大炮于11月24日再攻独流，破太平军木城二道。第三道因濠内桩钉过密，防卫森严，终不能前进。但是林凤祥、李开芳孤军困守一隅，已经十分危急，天京援军不至，米、粮、军需日益缺乏，在清军重重包围下，与外界联系中断。
苏完瓜尔佳?胜保
11月27日，胜保和北伐军又战，李开芳率大队出击，清兵陷入冰坑，死亡不少。12月12日，胜保又分军进攻独流。林凤祥由静海亲自出马督阵赴援，李开芳则四路出兵接应，林凤祥面部中弹受伤，即回静海，北伐军损失数百人。李开芳退回独流。12月16日，胜保、德勒克色楞、达洪阿又攻独流，李开芳率众将清军击退。其时，胜保军与僧格林沁军已发生矛盾，相互攻击。12月23日，李开芳在独流镇诱敌深入，胜保军大举进攻，初胜，后全师溃退。副都统佟鉴、津勇率领谢子澄陷阵被北伐军所夺。北伐军早惮谢子澄之名，至是顽敌被歼灭，大为庆贺。
胜保军既知攻坚无益，于是决定两策：第一，死死围困北伐军。第二，纵而击之。
11月17日，咸丰帝将讷尔经额定为斩监侯，12月20日，再调京营旗兵一千人增补胜保军营。清廷闻胜保败，将胜保、德勒克色楞各降四级留任，拔出花翎，达洪阿革职，带罪自效，并查封家产。
咸丰三年腊月初一（1854年1月4日），胜保率军赴独流以南相度地势，拟控断运河堤埂，泄尽河水，断静海、独流的交通。
李开芳
李开芳两次派军冲杀，亦决堤灌胜保新营，皆无大效。由于长期被围困，北伐军形势日渐不利。1月14日夜，李开芳自独流分兵三路出击，被胜保军阻止。
1月16日晨，林凤祥自静海率千余人前来助攻，也败回。这时，胜保所统兵勇已近三万人。北伐军处于劣势的情况越来越严重。
太平天国北伐军据守静海、独流三个多月，由于兵员伤亡过重，粮食所剩无几，很难再守，遂于咸丰三年腊月二十五（1854年1月28日）自静海分军几千人，向西突围，奔占大城县（今大城县），据孙家庄、梁头村、东河头等村庄，并占于家庄，作为北伐大军南撤的先遣部队。
