10月17日夜，太平军石达开、罗大纲所部太平军，乘夜渡过湘江，控制湘江两岸渡口。
之后，太平军乘湘江水浅，横跨湘江搭设浮桥，与东岸太平军主力连成一片。
太平军西进，控制了西岸大片稻米产区，解决了太平军的粮食问题。除此之外，石达开、罗大纲还分兵进抵岳麓山、金牛岭等处，抢占西岸战略支点。
清军方面，湖南巡抚张亮基与提督向荣互相推诿塞责，不敢分兵到西岸抗击太平军。
10月20日，张亮基手下的苗兵，由常存率领着，终于渡过湘江，负责西岸北侧防务。同一日，向荣派马龙率兵渡江，负责西岸南侧防务。
不久，清军看出西岸地势重要，钦差大臣赛尚阿亲自来到西岸，督促清军收复西岸。向荣亦亲率大军，来到西岸寻找太平军决战。
太平军西岸兵力较少，部署较为分散。石达开灵活指挥太平军，将太平军分散驻扎在各村庄，遇有战斗再集中攻守。
在石达开的率领下，西岸太平军乘隙转战，来回运动，使清军一时之间找不到太平军的主力。
同时，石达开飞书杨秀清，向他讨要援军。这时，太平军第二次穴地攻城失利，东岸战场趋于宁静。
29日，杨秀清派吴捷、李开芳所部三千人渡江，支援石达开、罗大纲。
石达开得到三千援军，顿时有了底气。他抽调兵力，沿湘江西岸筑垒固守，并集中精兵，进占牛头洲。
牛头洲北侧是水陆洲，二洲相连，人马可以涉水横渡。此二洲即为后世所说的橘子洲。
水陆洲是湘江中心一座大洲，得之可控扼湘江东西两岸。清军已经派兵在此驻守。
之前，清军为防止太平军沿江北上，已将水陆洲西侧的水道堵塞。如今，太平军正好利用这条陆道，率领大军借道水陆洲，进驻牛头洲。
水陆洲东侧水道狭窄，坐船可以很快到达长沙城西。是故得占水陆洲，可以方便地沟通东西两岸。
石达开留罗大纲在西岸主持防务，率吴捷、李开芳所部三千人进抵牛头洲，试图和清军争夺水陆洲。
这三千太平军行动招摇，不思遮掩，故意吸引清军注意力。
清军向荣早就盼着寻找太平军决战，看到牛头洲有三千太平军，当即亲率三千士卒支援水陆洲清军。
水陆洲、牛头洲相连，控扼湘江东西交通线，是双方必争之地。石达开率军占据牛头洲，希望在此设伏，引诱清军决战。
向荣果然上当。说起来，向荣仍是戴罪之身呢。向荣行伍出身，从军三十多年，先后与新疆张格尔叛军、天地会起义军、天理教起义军、太平军等作战，是清军绿营中第一流的名将。
去年，太平军自永安突围，去向不明。向荣凭多年作战经验判定太平军要进攻广西首府桂林，于是率领大军星夜驰援桂林，赶在太平军前一天到达桂林。太平军终究不敌向荣，折戟桂林城下。
然而，因向荣与满将乌兰泰不和，钦差大臣赛尚阿偏袒乌兰泰。向荣守卫桂林有功，不仅未得到赏赐，反而得到处分。向荣一气之下称病，赖在桂林不出，坐视太平军北上湖南。
清廷革去向荣提督之职。但他在军中威名素着，和春等其他满人指挥不动他的部队。所以清廷并不能真正惩罚他。
直到太平军进逼长沙，形势严峻，向荣不得不再次出山，以“已革提督”的身份指挥全军，而全军膺服。
正因为水陆洲、牛头洲位置紧要，敌我必争，向荣便紧跟太平军之后，进驻了水陆洲。
太平军驻牛头洲，清军驻水陆洲。两军对峙，一场恶战又要爆发了。
吴捷已与张国梁、江忠源等清军名将交过手。所谓的名将，亦不过是他的手下败将。向荣年近六十岁，已经垂垂老矣，又怎是吴捷等人的对手？
31日，向荣所部三千清军进驻水陆洲，急于寻找太平军主力决战。按理说向荣久历战阵，应该十分谨慎才对。只因在长沙城下，清军凭借坚城、火器、人数的优势打了几场胜仗，向荣信心大涨。
加之向荣在西岸顿兵日久，被石达开牵着鼻子走，早就想找到太平军主力，痛痛快快地打一场正面战役。
太平军的部署是，以吴捷的一千五百人正面迎击清军，引诱清军进入牛头洲。李开芳的一千五百人埋伏在牛头洲的密林中，只等清军进入牛头洲，便出而击之。石达开自率五百亲兵坐镇后方，充作预备队。
吴捷先派徐琛带领十余骑兵冲抵清军营前，扮作太平军斥候，抵近侦察清军营垒。
向荣起先十分谨慎，派一队清军骑兵出营驱赶。但徐琛的骑兵就像牛皮癣一样，不仅不走，反而主动挑战清军。清军使用火器胡乱射击，对徐琛等人无可奈何。
向荣大怒，率领大军越过水陆洲与牛头洲之间的浅水，进至牛头洲北端。
乘着清军渡水之机，吴捷派康可铨率领一千人上前迎敌。清军总兵马龙看到太平军人少，亲率部下进攻。双方各依枪炮，互相轰击。这马龙曾在郴州荷叶坪大败，也是待罪之身，急于立功，以便拿去头顶的处分。
太平军佯装不敌，向牛头洲南侧撤退。清军大受鼓舞，率军向前追击。追至牛头洲中间位置，吴捷埋伏在树木里的五百人出击。
马龙猝不及防，当场被枪炮命中数十人，但他仗着人多，死战不退。
向荣老谋深算，早就留有后手，仍有一千预备队留在身后，即王家琳的一千豫兵。向荣令王家琳出击，吴捷所部太平军不敌，纷纷溃退。
吴捷在身后急得跺脚，急令亲兵牵过战马，就要亲自上阵。这时，侍卫王杉急忙谏言道：“大帅，你不是答应过副帅，不再冒险亲临险境吗？”
吴捷骂道：“势急矣！快把战马牵来！”
王杉瑞三争辩，最终不敢违拗吴捷命令，只好乖乖把战马牵给吴捷。一队亲兵护卫着吴捷，跟着主帅加入战场。
清军人多，太平军败象明显，纷纷向后溃退。石达开见状，把自己的五百亲兵投入战场，吴捷又拼命招呼败兵，总算稳住了局面。
但清军火器先进，向荣的部下多是老兵，颇为凶悍。太平军渐渐不支。
吴捷心中着急，把李开芳问候了一百遍：“都什么时候了，你的一千五百伏兵呢？再不来，我和翼王就要溃败了！”
说是迟，那是快，只见一队太平军突然从牛头洲北侧冒了出来，截断了清军的退路。
原来，李开芳见清军倾巢出动，便随机应变，改变了预定计划。他把兵力分成两半，一半绕至清军背后，截断清军退路，另一半按计划冲入清军中军，把清军截成两半。
太平军士气大涨，分头合击，穷追猛打清军。
清军马龙部率先溃退，却被吴捷追上，马龙本尊亦被乱箭射死。王家琳部拼死突围而出，却被太平军阻住退路，所部士卒不会游泳，溺死湘江者达六七百人。
向荣与王家琳因为坐骑精良，仓皇逃回西岸，身边只剩数百亲兵而已。