石达开本想多立战功后回归太平军中，然而在无根的情况下四处转战，形势极为不利，他想再次获得军功的愿望落空了。在与清军的多次交战中，石达开率领的军队损失惨重，又因为没有属地，缺少草粮供应，将士们的士气很低落。曾被石达开打败过的湘军统帅曾国藩看出了这一点，很高兴，他认为以石达开目前的情形，自己报仇雪恨的机会到了。
他说，石达开“既钝于浙，钝于闽，入湘后又钝于永祁，钝于宝庆，裹胁这人愿从者渐少，且无老巢以为粮台，粮米须掳，子药须搬，行且自疲于山谷之间”。因此他加紧了对石达开部的围攻。
面对缺草少粮、兵疲马困、又被湘军四处围堵的情况，石达开无奈，只能带领军队退守到长蛇岭，转战四川，想避开湘军的主锋。然而，即使他采取这些做法，仍无法阻止被湘军大败的结局。最终在大渡河畔，石达开部陷入清军的重重包围，进退无路。
清军虽然将石达开逼入了绝境，但石达开的军事能力还是很得清廷欣赏的，所以清军派人劝降石达开，承诺只要他投降，就保证他所率领将士的性命无忧。石达开很爱惜自己的士兵，为了保住他们的性命，决定投降。他说，希望骆秉章、唐友耕等清军统帅能依书赴奏，“请主宏施大度，胞与为怀，格外原情，宥我将士，请免诛戮，禁无欺凌，按官授职，量材擢用，愿为民者散为民，愿为军者聚为军”。
然而清军并没有遵守约定，不仅扣押了石达开父子，还将石达开想保下的士兵全部杀害。6月27日，石达开被骆秉章等人在总督府会审后判处凌迟极刑。
历史上石达开藏宝之谜
虽然石达开被凌迟处死有相关记载，但民间还是有不同的说法。一种说法较为详细。说石达开并没有被清军围困住，而是突围出来了，之后他也没有回归太平军中，而是带着余部和大量的金银珠宝逃进了贵州与广西交界的丛山中，并在那里修筑了一座山寨，藏兵驻军以待东山再起。然而没过几年天京被清军攻破，洪秀全病逝，太平天国彻底失败。
石达开也失去了再次出山抗敌的雄心。另一种说法则较为简单，说当时投降的是与石达开长得极为相似的他的养子，他本人则在清军围剿当时就带着几个心腹化装逃走了。据说，还有人曾在四川见过隐居的石达开。无论哪种说法，石达开留有宝藏应该是真的，那么，石达开宝藏藏在哪儿呢？这一疑问又牵出了国民党四川省主席刘湘派兵挖石达开宝藏一事。
