1858年直隶总督谭廷祥和托明阿防守天津大沽海口战败，清廷主和派与英国签署了天津条约。僧格林沁得知后向咸丰奏请坚决要求撤回谈判代表并主张调用全国之兵员，倾全国之粮食，整顿军队把西方侵略者赶出去。但因主和派占上风，他的意见未被采纳。
1859年咸丰命僧格林沁到天津督办大沽口和京东防务。僧格林沁吸取第一次大沽口战役失败的教训积极筹建大沽海口和双港的防御工事，整肃军队，做好了反侵略的各项准备。英法新任驻华公使率领舰队从上海沿水路北上，舰队由一艘巡洋舰和13只炮艇组成。他们行至天津大沽口时藐视中国军队的设防，不听中国军队的劝阻和警告明目张胆地闯入大沽口。这激起了中国官兵的极大愤慨，僧格林沁下达坚决反击入侵者的战斗命令。最终击毁英军战舰3艘使英军死伤464人，英国海军司令也受重伤。
这次大沽口保卫战是自1840年西方列强入侵以来中国军队抵抗外国入侵所取得的第一次重大胜利。清廷对僧格林沁和有功将士大加奖赏。
但是1860年英法联军攻入天津，僧格林沁兵败退驻通州。咸丰下令拔去僧格林沁的三眼花翎，削去正黄旗领侍卫内大臣、镶蓝旗满洲都统职。僧格林沁再次和英法作战又败于张家湾八里桥。最终导致英法联军攻入北京，圆明园被毁。咸丰革去僧格林沁郡王爵但保留钦差大臣的职位。
1860年直隶山东及河间府一带捻军四起。清廷恢复僧格林沁郡王爵并命其率军赴山东与捻军作战。
1862年朝廷授权僧格林沁节制调遣直、鲁、豫、鄂、皖五省兵马。僧格林沁率蒙古骑兵和五省提供的兵力多次打败捻军，在鄂东霍山黑石渡收降捻军十几万人并打散十几万人。
1865年僧格林沁被捻军诱至山东菏泽的高楼寨，随后陷入重围。僧格林沁率少数随从冒死突围，当他逃到菏泽西北的吴家店时中伤坠马，被捻军斩杀于麦田，终年五十五岁。僧格林沁战死疆场令清廷上下一片震惊，他们都为失去这国之柱石而感到惋惜。
由于僧格林沁平素爱护百姓、善待士卒。所以当人们听说他去世的消息后百姓罢市，巷哭野祭。灵柩返回北京时士卒百姓皆迎祭，哭声震地。清政府以亲王规格为僧格林沁举行了葬礼，同治和慈禧亲临祭奠，赐谥号忠并配享太庙。还在北京山东等地建昭忠祠并绘像紫光阁。在科左后旗吉尔嘎朗博王府东建祠堂一座供奉僧王图像。在额布力尔协日嘎地方另建僧王塑像祠一座并绘像紫光阁。 同年七月清政府派员护送僧格林沁的灵柩北上安葬在科尔沁左翼世袭旗陵。
僧格林沁治军有两个特点：一是军队所到之处他首先下令安民。他吃饭时接到报告说哪里发生了扰民事件立刻停止用餐，翻身上马，怀揣馒头数个而往。二是军旅途中与士卒同甘共苦。士卒不眠他不入帐，士卒不吃饭他不用膳。有一次军粮断绝只剩胡萝卜数石，部下以此充饥难以下咽。僧格林沁就坐在军帐前连吃数根，意犹未尽，众将士见了不敢再有怨言。
僧格林沁和曾国藩被人们称为北有僧王，南有曾帅。他们是太平军的劲敌，也是清朝最依赖的人。
