太平军曾经尝试过挖地道，咸阳地质特殊，地下水多，地道屡挖屡陷，无法运兵，只得放弃。反正也不急，继续围城，同时派兵占领邻近其他州县。

此时，石达开全军在四川大渡河紫打地全军覆没，四川军务没那么紧张，骆秉章终于可以腾出手派出援军。

清廷委派四川布政使刘蓉督办陕南军务，全力解咸阳之围。两天后又将瑛棨革职，刘蓉升任陕西巡抚。

刘蓉新官上任，终于得到从四川派出的近一万援军，由候补提督萧庆高率领，北上支援咸阳，同时上奏将“毛贼”毛震寿革职。

久盼的援军终于上路，然而咸阳围城已超过半年，城中情况惨不忍闻，城内十室九空。每入一宅，并无人烟，惟零骸残骨纵横阶间。街巷断绝行人，但见兵勇来往。至此而城内之人已十死八九。

连带难民曾经有近百万人口的咸阳，至此死了多少人，已经无法估计。

这年秋天，咸阳城内日盼夜盼的四川援军终于来到城南汉水南岸。城内外清廷官员盲目乐观，认为援军一到，内外夹击，咸阳之围可以立解。

太平军对敌援军到来早有准备，为一劳永逸地击败援军，故意七战七败，将援军引诱进城南油坊街附近精心挑选的伏击圈内。

战场地形右边是大山，沿路多沟渠。左边则是大江，中间十分狭窄。太平军眼见敌人中计，伏兵齐出，清军大溃，尸积如山，传说河水都被染红。

太平军乘胜追击十余里，将援兵营垒也一并摧毁。

关于清军失利还有一说，当天援军分为两部分，一部主力正面攻击太平军阵地，另外一部分掩护后路，抵挡其他地方过来支援的太平军。没想到掩护后路的部分忽然间撤退，令到清军主力被前后夹攻，导致大败。

援军无法指望，城内卢又熊所率无赖在第二天哗变。

卢又熊原本就无心守城，来咸阳一是必须接受清廷调遣，再就是借机敛财，眼下情况危急，哪会和太平军拼命？当天二更时分，先在城墙西北点火，趁城内大乱率二千人从东门带着掳掠财物跑了。

真是祸不单行，火把掉落的火屑点燃地上积草，引致城中大火，咸阳全城又经历一场火劫，建筑物几乎被全部焚毁。

城外太平军见城中起火，马上前来攻城，开始时见城墙上枪炮刀矛仍然罗列，怀疑有诈，不敢入城。后来见东门大开，过了一个时辰并无人迹，遂蜂拥而入。

城内犹存的清兵、团练仍然负隅顽抗，最后全部就歼。

据说周蕃寿赶在太平军入城之前即已带着几个亲兵准备乔装逃出逃，因太平军查得严，让一个亲兵换上他的官服，这个亲兵逃跑时被杀死在城门外。

太平军入城后，尚有余烬。根据后人记载，城内已是十户九绝，间有未死，饿已经旬，苟延残喘。贼入城后，不忍再事戕杀，惟日搜财物，夜则以火把代烛。

他们甚至指点躲藏在残壁断垣中那些瑟瑟发抖的孤儿寡母赶紧出逃。

混乱中，马一粟的妻子带着孩子逃出了咸阳，奔向西安。