但不久清军压境，苗沛霖自知难以抵御，便请安徽巡抚翁同书代为上奏开脱，最终只得到个"带团立功"的惩罚。不久清军主力撤退，苗沛霖再次联合太平军、捻军围攻寿州城，并一举攻克。苗沛霖再次投靠太平军后，经英王陈玉成的保荐，被洪秀全封为奏王。此后，苗沛霖将翁同书、傅振邦、袁甲三等部清军驱逐出安徽，又配合太平军、捻军合围颍州。
同治元年（1862年），当胜保率大军南下征讨时，苗沛霖故技重施，在毫无预警的情况下攻击捻军首领张乐行，重新投靠清廷。苗沛霖为表忠心，在攻击张乐行的行动中尤其出力，但即使如此还是让对方突围而出。为弥补围歼张乐行未果的失误，苗沛霖设计诱捕陈玉成，准备献给胜保以求自保。
陈玉成被苗沛霖出卖，被俘牺牲
同年五月，苗沛霖派人到庐州陈玉成处送信，重申对太平军的效忠之意，并邀其来寿州会合共谋军事。陈玉成不知是计，与导王陈任荣、从王陈得隆等人突围至寿州，结果刚入城便伏兵抓获，旋即死于押往北京的途中。陈玉成被捕前，曾怒斥苗沛霖，称其是个无赖小人、"两面派"，将来不得善终，即使连个贼名都得不到，想不到竟然一语成谶！
苗沛霖诱捕陈玉成后，又在淮北地区追剿捻并连战连捷，一时间意气风发。但不久，胜保在陕西进攻回部失败，遂私调苗练前往援助，结果事泄被清廷查办，苗沛霖自此失去靠山。不久，跟苗沛霖大有过节的袁甲三连连上书弹劾苗沛霖，于是清廷下令解散苗练。
此时的苗沛霖颇有种"兔死狗烹"的悲壮感，既然不想做砧上肉任人宰割，遂在同治二年（1863年）五月再次反清，连续攻陷凤台、怀远、颍上等县，并重围寿州、蒙城。半年后，名将僧格林沁率军从鲁入皖，把苗沛霖包围在蒙城。经过数番激战，苗练死伤数万，苗沛霖也在突围时死于乱军中，结束自己反复无常的一生，终年66岁。
