李續(xù)賓只讓部隊休息了七天，九月十四日就下令開拔。陳玉成的援兵南下增援，越過舒城三十里，跨山筑壘，繚以重垣，派一千多人駐守，企圖遲滯李續(xù)賓的步伐。孫守信等人攻破舒城外線防壘，繳獲六百多石大米，于十八日夜間收復(fù)舒城。

李續(xù)賓拜疏告捷，同時報告距離舒城五十里的三河鎮(zhèn)有太平軍的一道防線，他們建筑了一座城堡，以及九座堅固的營壘，派勁旅常年駐守。他打算立即進兵攻擊三河，然后直搗廬州。但舒城是皖北要道，又須留兵防守。他全軍八千人，已分派三千多人留守潛山、太湖與桐城，剩下的不滿五千人，幾個月以來苦戰(zhàn)不休，精銳傷損，瘡痍滿目，雖然還能對付三河一帶的勁敵，但若遇敵軍大股援兵，兵力恐難支撐。他此去三河，只是為了報答皇上的知遇之恩，勝敗已不放在心上。這道奏疏已經(jīng)暗示咸豐，他知道自己此去三河，已是兇多吉少，但他愿意以死報國。

李續(xù)賓還向父母、李續(xù)宜、胡林翼報告了戰(zhàn)況，讓大家都明白他必死的決心。他休軍九日，部署已定，留下一營兵力防守舒城。九月二十八日，大部隊從舒城出發(fā)，二十九日抵達三河。黃昏時分，李續(xù)賓率諸將勘察地勢，選址立營，第二天就建好了壕壘。三河地勢平坦，既無丘陵，也無洼澤，圩堤交錯，枯田隱草，一條小河縈帶其間，秋水枯縮，只有一半流量。太平軍在小河南岸設(shè)立了五座磚壘，另有二壘相距稍遠；北岸建了一座大城堡，兩座磚壘，都密集安設(shè)了大炮。李續(xù)賓剛到，南岸的太平軍就匆匆自動逃走，磚壘都成了空營。

十月一日，湘軍抓到敵軍特工，搜出書信，李續(xù)賓知道情況非常嚴(yán)重。捻軍張樂行部及無為、含山的各路太平軍都向此處趕來，廬州的太平軍傾巢出動，直撲三河。當(dāng)天夜里，南岸的空壘中住入了太平軍援兵，說明這個情報不假。

太平軍大兵壓來，李續(xù)賓仍無退意。十月二日，湘軍分三路向小河南岸的太平軍發(fā)起攻擊，踏平多處營壘，擊退了城堡內(nèi)出援的敵軍，俘斬七千多人，湘軍付出傷亡八九百人的代價。城堡內(nèi)的太平軍大為驚恐，將要撤走，李續(xù)賓移師北岸，堵截他們的去路。十月三日，太平軍從江浦與六合開來的六七千援兵趕到，穩(wěn)住了陣腳。湘軍探子來報：李秀成從金陵與溧水帶來大部隊，掠舟北渡，九個日夜還未渡完，聲勢極為浩大。

李續(xù)賓派孫守信與李續(xù)藝率領(lǐng)諸軍攻打城堡，兩日不拔。李續(xù)賓嘆道：“逆賊也有能守之將，只可惜他是逆賊!”

太平軍的企圖不是防守，而是決心吃掉李續(xù)賓湘軍，打一場振奮軍心的大勝仗。陳玉成求助于捻軍，集結(jié)三十萬兵力，日夜兼程，向三河趕來。清軍將領(lǐng)袁懷忠領(lǐng)兩千人駐扎舒城以東，聞風(fēng)而逃。太平軍偵知湘軍后路兵力很少，分兵從小路繞到舒城。

太平軍和捻軍素來行軍神速，十月六日，他們的援兵逐漸向三河集結(jié)。湘軍幕客向李續(xù)賓獻議：“三河圩堤交錯，不適宜作戰(zhàn)，我軍當(dāng)退舒、桐。”

李續(xù)賓說：“同樣的地勢，敵軍能戰(zhàn)，我軍也能戰(zhàn)。如果撤退，必然被敵軍追擊?！彼w召趙克彰從桐城率六營赴援，趙克彰不愿來援，按兵不動。十月八日晚間，太平軍主力已到，從白石山、金牛鎮(zhèn)將湘軍包圍三十重，連營四五十里。李續(xù)賓因兵力不敷調(diào)遣，從中右營中分出一千二百人，令金國琛與毛有銘分領(lǐng)，另立兩壘，以資攻守。

在眾寡懸殊的情況下，李續(xù)賓還能支撐一陣，并無必敗的跡象。十月九日，李存漢攻擊樊渡的太平軍，殲斃幾百人。許多太平軍將領(lǐng)不懂兵法，有些部隊來不及筑營，便露宿原野。白晝從堤上瞭望，方圓幾十里只見人頭攢動。太平軍雖在人數(shù)上占了壓倒多數(shù)，卻懾于李續(xù)賓的威名，仍在十里外徘徊，不敢驟然攻上前來。當(dāng)天半夜，李續(xù)賓派兵攻打金牛鎮(zhèn)的敵軍。五更行至王祠，與敵軍遭遇，兩下交戰(zhàn)，攻破一座大壘，兩座小壘，將太平軍趕出金牛。

但是，十月十日的一場大霧徹底攪亂了戰(zhàn)局，使李續(xù)賓失去了對部隊的控制。那天黎明，迷霧滿天，咫尺莫辨，敵友難分。李運絡(luò)的部隊在回營就餐時迷路，誤入敵壘，當(dāng)即潰散。太平軍不知這些湘軍從何而來，大吃一驚，驟然格斗，兩軍大亂。楊得武、張嵩齡、張養(yǎng)吾三部跟隨丁銳義作戰(zhàn)，彼此失散，都夾雜在敵軍中行走。副將彭友勝率部保護右營，在霧中苦戰(zhàn)，死于亂局之中。太平軍也有部隊誤入湘軍營壘，回答不出正確的口令，全被殺死。兩軍混戰(zhàn)半天，直到中午，霧氣仍然未開，視界狹窄，只聽得人馬行走，槍炮隆隆。湘軍回營之路全被太平軍阻塞，好不容易摸回營中，已經(jīng)失去幾百人。李續(xù)賓見金國琛等人未歸，自領(lǐng)六百人迎頭去救，請當(dāng)?shù)厝俗鱿驅(qū)?，在大霧里摸索前進。他們剛剛出營，金國琛等人已從另一條道回營。李續(xù)賓幾次遭遇太平軍主力，幸虧隊形整齊，倒是擊斃敵軍不少。這時，城堡內(nèi)的太平軍出兵助戰(zhàn)，鄒玉堂等兩百多人誤入城堡，太平軍嚇得亂了陣營，彼此一通砍殺，鄒玉堂等一百多人陣亡，太平軍則傾巢而出。這場亂戰(zhàn)一直打到黃昏，李續(xù)賓率部回營。

太平軍偵知湘軍已經(jīng)回營，派兵挖斷圩堤，使湘軍無法行動。李續(xù)賓召集僚佐開會，討論對策。萬斛源等人提議乘夜霧撤退，他們說：“天下可無我等，不可一日無公。”

李續(xù)賓說：“軍興九年，將領(lǐng)都是撤退而有損國威，長了逆賊志氣，我則應(yīng)當(dāng)血戰(zhàn)，多殺一賊，即為民多除一害。”

此議剛定，太平軍已經(jīng)逼近軍營，湘軍將士相繼戰(zhàn)死。劉神山、李光甲等人率傷兵喋血登陴。霧簌簌，密如細雨，潤濕了帳篷。太平軍將火具擲入壘中，帳篷因霧濕而未燃。營中火藥尚足，炮彈已完，用碎碗破釜代替。太平軍懾于湘軍主帥聲威，不敢近貼壁壘，只是擠到壕外喧嚷，人數(shù)將近十萬。湘軍壘前死尸堆積如山，將士仍不退卻。李續(xù)燾聞警，盡棄糧械，全營逃往桐城。劉人和、李長林?jǐn)∽?，被太平軍所殺。義中營的壁壘也被太平軍攻破，丁銳義負傷，李存漢率所部忍饑苦斗，陣亡三百多人。丁、李二人率領(lǐng)殘部沖入李續(xù)賓的大營投靠主帥。副將彭志德御敵戰(zhàn)死，各營都被攻破。

李續(xù)賓知道已經(jīng)無力回天，立刻寫就遺疏，并匆匆書寫幾行家書，交給周寬世，叮囑道：“送去湖北，交給吾弟?！比缓螅〕龌实塾P朱批的奏疏，叩頭焚毀，不讓文件落入敵手。

在最后關(guān)頭，李續(xù)賓對將佐們說：“我是必得一死，諸位可以自圖生路?！?/p>

眾人回答：“公不負國，我等何敢負公！”