太平军突围后进入湖南，江忠源一路率兵追随，在长沙再次与太平军战斗。江忠源进入长沙时，建议巡抚张亮基赶尽派兵抢湘江西岸，在龙回谭等战略要地屯驻重兵，阻止太平军从西安突围，将其全歼于长沙城下。可惜，清军内部矛盾重重，没人愿意去西岸。也许是英雄所见略同，杨秀清也觉察到西岸战略地位之重要性，于是派石达开率翼殿将士前往，抢占龙回谭，打通粮道之同时确保北上通道之安全。事实证明，江忠源是对的，后来太平军正是从西岸突围，一路北上连克益阳、岳州、武昌，于1853年3月杀进南京，期间不过半年。1853年6月，赖汉英、胡以晃率太平军主力西征，重兵围攻南昌。江西巡抚张芾自知不敌，于是将守城任务交给江忠源，自己打副手，协助作战。江忠源攻防兼备，太平军围攻三月不下，只好撤围而出。守卫南昌有功，咸丰很高兴，不久便升任其为安徽巡抚，成为封疆大吏。要知道，此时的曾国藩没一官半职，半年后苦苦哀求咸丰授予湖北巡抚一职，还被无情拒绝。
升任安徽巡抚后，江忠源很高兴。此时，庐州（安庆失手后，成为安徽临时省会）被胡以晃、曾天养等围攻，庐州知府胡元炜遣使告急，并谎称城中兵力、军饷充足，希望巡抚大人赶尽前来镇守，杀退“长毛”。为此，江忠源在六安留下一千余兵马，而后拖着病体去庐州镇守。到了庐州，江忠源发现自己被队友坑了，城内正规军500余人，兵勇2500余，区区3000兵马，何来兵力雄厚？粮草、军火严重短缺，哪来的充足呢？不过，既然都来了，而且自己还是安徽巡抚，岂能撤离，岂能逃之幺幺。所以，江忠源选择留下，并抓紧时间布置城防，阻止胡以晃大军攻城。此时，清军增援部队赶到，陕甘总督舒兴阿马队屯驻郊外，可并不敢进攻太平军，而是坐视胡以晃攻城。知府胡元炜眼看城池守不住，于是赶尽改换门庭，投降太平军，并做内应。
胡以晃围攻，陕甘总督不敢进兵，内部又出现叛徒，江忠源处境不妙，部下建议他赶尽撤离。但是，江忠源意气用事，决定死守庐州，战斗到底。城破时，部下马良勋背着他逃跑，但是江忠源觉得倍感羞耻，于是奋力挣脱，继续与太平军厮杀，最后投水自尽而亡。
