李秀成选择先救秣陵关的关键原因，当然是太平军的水上力量薄弱，绝无任何可能打得过如狼似虎的吴军水师，只有在秣陵关这边的陆地战场上，江浙太平军才有可能靠着绝对的兵力优势获得胜利希望。
当然了，在初步掌握了吴军曹炎忠兵团的装备情况后，李秀成也知道这场仗就算有兵力优势也不好打，所以李秀成也没敢援军直接跑到秣陵关去和吴军在野战中硬碰硬，选择了一边命令李明成全力死守秣陵关关城和诸处营垒，逼着吴军强行攻坚争取时间；一边让部将黄呈忠增兵方山，牵制吴军侧翼，又让另一个轮天义练业坤去打朱门，断曹炎忠的补给粮道，妄图迫使曹炎忠一再分兵露出破绽，为兵力充足的江浙太平军创造突袭战机。
战术计划虽然不错，但是很可惜，李秀成这次碰上的是吴军目前最精锐也最强横的曹炎忠兵团，探得太平军出兵来打自己侧翼和抄自军后路后，曹炎忠不但没有急着分兵迎战，相反还选择了加紧对秣陵关的进攻，并恶狠狠的宣称道：“长毛爱打朱门让他们打去，喜欢增兵方山也让他们增去，老子就是只打秣陵关，看谁先急！”
就这样，在敌人的援军相距仅有十几里的情况下，也在后路粮道遭到太平军重兵猛攻的情况下，不到两万的吴军曹炎忠兵团以攻代守，出动大量精锐猛攻太平军的葛塘村，守葛塘寺的林正扬虽然凭借营防工事全力死守，无奈武器装备和吴军存在代差，麾下的江浙兵又战斗力不足，只坚持了半个白天就露出败象，不得不向秣陵关城中的李明成求援，李明成硬着头皮出动四千多预备队奔袭吴军右翼，连夜移驻到方山的黄呈忠也应邀出兵，亲自率军来打吴军的左翼。
战事规模因此迅速扩大，在曹炎忠的指挥下，四千吴军兵分两路左右出击，在无险可守的情况下直接列阵拦截，以击针枪和掷弹筒等优势武器弥补兵力劣势，迎头痛击左右来袭的太平军，受命攻坚的曹炎忠部将杨世林则完全把两翼托付给友军，带着麾下军队只是猛攻已经摇摇欲坠的太平军葛塘寺营地，三个战场全都是喊杀震天，枪声交织如麻，厮杀得不可开交。
从方山杀来的太平军黄呈忠部，靠着兵力和地形方面的优势，一度看到突破吴军阻击的希望，大批军队从吴军阻击阵地的侧翼迂回到了吴军后方，前后包夹住了只有两个营的吴军。然而就在黄呈忠料定吴军将要选择以方阵自保的时候，让他傻眼的事发生，两个营的吴军竟然向着他的旗阵所在发起了反冲锋，先是用掷弹筒炸乱他的中军前队阵形，然后以吴军之前赖以成名的排队枪毙战术列队推进，三十米开枪打得太平军前队一片大乱，顶着枪林弹雨不断逼近他的旗阵，黄呈忠别无选择，只能是放弃队形秩序，让麾下军队四面合围吴军，使出了九牛二虎之力才把吴军逼成方阵。然而两个营的吴军在列阵自保的同时仍然还在不断推进，缓慢而又不可动摇的坚持向黄呈忠的旗阵处逼近，察觉不妙的黄呈忠几次派兵冲击阻拦，都被吴军的排枪击退，死伤不小却毫无作用。
终于，在同样付出了一定伤亡后，吴军方阵始终还是推进到了黄呈忠旗阵的近处，躲藏在方阵中的吴军掷弹筒队果断开炮，一口气向黄呈忠的旗阵打出了三十多发掷弹筒炮弹，威力比手雷更大一些的掷弹筒炮弹接连落地爆炸间，保护黄呈忠的太平军队伍顿时一片大乱，黄呈忠本人也被弹片射伤，亲兵强行把满脸鲜血的黄呈忠架着逃出旗阵后，失去了指挥的太平军也迅速崩溃，士卒纷纷逃向来路，将领根本阻止不住，吴军在左翼战场上的阻击战也取得了完全胜利。
右翼战场上的太平军比黄呈忠军更加不堪，火枪远程对射中，一直都被训练有素的吴军将士以米尼枪配合击针枪死死压制，几次壮着胆子冲锋都被吴军的排枪齐射打退，从头至尾就没有任何的突破希望，而到了黄呈忠军崩溃之后，还没等吴军做出什么调整，右翼的太平军就已经大呼小叫着逃回了秣陵关。结果战后清点，吴军在右翼战场上仅仅只牺牲了十几名士兵，就干掉了超过四百人的敌人。
两翼援军都被吴军击溃后，早就已经支撑不住的葛塘寺太平军更是士气彻底崩溃，基层将领和士卒争先恐后的逃出营地，吴军杨正林部势如破竹，一鼓作气直接杀进了太平军营地内部，一直在辛苦支撑的林正扬也没了勇气再打下去，只能是一边大骂着友军的无能，一边带着残兵败将逃回秣陵关。曹炎忠则趁热打铁，立即轮换攻坚军队，同时向着秣陵关太平军在西北塘和高塘的另外两座营地发起进攻，信誓旦旦的要在一天之内拿下秣陵关太平军的所有外围营垒。
靠着欺负东南清军起家的江浙太平军在战斗力上确实有着重大欠缺，战斗意志更是无法与真正的一线精锐相比，既不擅长打恶仗硬仗，又更加害怕刺刀见红的肉搏战，炮火方面又在大量装备后装膛线炮的吴军曹炎忠部面前处于绝对劣势，基本上只要是被吴军火炮轰开营防，马上就能露出败象。所以激战到了天色全黑之后，随着吴军先后攻入太平军营地，太平军的西北塘和高塘两处营垒也先后宣布告破，败兵潮水一般的逃回秣陵关，职守秣陵关的李明成心惊胆裂，只能是赶紧再次派