攻占汉阳后，典水匠唐正才率部于汉阳、武昌间以船只相连，用巨缆横缚大木，上铺木板，架起两座可通人马的浮桥，当时长江水小，为数十年少见，更便于架浮桥，沟通汉阳、武昌间的联系，以便进攻武昌城。
向荣于12月24日率万余援军赶到武昌附近，随后对围城的太平军多次发起攻击，但始终无法突破太平军的包围线，与城内清军取得联系。
太平军自12月25日开始进攻武昌城，先后使用了大炮、火箭⑿云梯等武器。清军则用炮火、唧水桶、滚木、礌石等抵御。太平军攻城未下，决定采用穴地攻城法。
1853年，也就是咸丰三年1月12日凌晨，埋在文昌门附近的火药轰发，炸开城墙，太平军先头部队立即由缺口冲入，大队相继突进，其余太平军也缘梯而上，纷纷攻入城内。守城清军丢下武器，四散逃跑，巡抚常大淳、提督双福等丧命，武昌为太平军占领。这是金田起义以来太平军攻下的第一座省城。
