经过一系列的较量，中外反动派认识到用武力是不能消灭小刀会起义军的，他们便联合加紧封锁上海县城。封锁使起义军面临严重困难，一是粮食火药供应断绝，二是失去附近地区农村的支援，使小刀会面临弹尽粮绝的困境。
早在1854年4月24日，英、美、法三国领事就通告其侨民，禁止将枪械弹药和供应品售与起义军，后规定凡曾在城中为起义军所用的三国侨民，都不准返回租界居住，也不准三国侨民入城帮助起义军。清朝当局还与列强串通，挖掘壕沟，以断绝租界与上海县城的联系。10月中旬，布尔布隆同意吉尔杭阿派人在法租界筑一道界墙，将法租界与县城隔开。辣厄尔答应派兵保护筑墙工人，不准起义军越过界墙。因此，这道自法国人住处附近到将近北门的落红桥的界墙筑得很快。这墙约有3尺厚，筑得很坚固。筑墙以后，除了墙东头靠近黄浦江边有一个禁卫森严的关口之外，租界和县城之间的交通完全断绝，切断了小刀会的陆上物资供应。
法国筑墙后，吉尔杭阿继续同英国公使包令策划筑墙之事，11月18日，吉尔杭阿与美国公使麦莲会商，麦莲欣然同意筑城。11月22日，吉尔杭阿同英、美、法等国外交官商定，继续修筑界墙，由美、法两国派兵看守，不准接济起义军火药等项，并不准外国人私自进城。这样继法国在洋泾桥一带也筑墙后，美国在三茅阁桥一带、英国在陈家木桥一带筑起墙来。由于英国没有派兵看守，陈家木桥带的界墙修筑后，被起义军出城摧毁了。
“北门之战”，中外敌人遭到惨败，他们便决定对县城严加围困，切断起义军的军需供应，使其弹尽粮绝，孤立无援，以达到制服和消灭起义军的目的。于是，他们加快了修筑界墙的速度。 1855年1月10日，阿利国向英租界内的英国侨民发出通告，不得与城内起义军保持交通关系，否则后果自负。清朝当局向洋泾浜一带的茶栈及贩运茶商提出捐资，以修筑界墙。1月13日，署理上海知县孙丰发布布告，宣称洋泾浜北岸自黄浦滩至陈家木桥一带地段，已由英国侨商承租，中国百姓不得在此建房，擅自建房的，限于10天内自行拆除迁出，至1月18日应拆而仍未拆的房屋，“英国当局即将派人拆除。”清朝当局强迫洋泾浜一带妨碍筑墙巡守处所的居民迁移，致使数千人在寒冬的季节无家可归，有的人被迫自尽，引起广大群众的强烈不满。
在拆屋筑墙的同时，为加强对上海县城的包围和封锁，清军在洋泾浜尽处周泾浜地方，添设3座营盘，这既可断绝外界对县城的接济，又可为进攻北门的部队增援。1月17日，有一二百名起义军出城直捣清军新筑营盘，清军出动1000余人，双方在跑马厅交战，起义军打死数名清军。
拆毁民房后，清军用两昼夜时间，沿河囊土垒墙，到1月22日，筑起一道1丈多高，约3尺厚、长为654丈的界墙，从法租界的黄浦江边一直通到洋泾浜以南的周泾浜。1月25日，清军到陈家木桥一带及马路南半段等地驻扎，并在租界筑了一座装备两门大炮的炮台。
界墙修好后，英、美、法三国对上海县城实行严密封锁，切断一切外界供应。法军对一切企图与城中小刀会起义军往来的人，一律开枪射击。一天黄昏，一位老太太想把一篮食物送给城里的一个亲戚，法军见了，开枪射击，她的大腿受伤，倒在地上，法军哨兵又用来福枪射击，在她近旁溅起泥土，最后她的背上又中一枪。可怜的老太太躺在那里哀号，直到半夜，才被起义军抬进城里。法军为封锁县城，每天射杀的无辜群众数人至数十人不等，其罪行令人发指。
清朝当局和外国侵略者的严密封锁，使城内起义军困难重重，他们得不到郊区农民的支援，无法补充兵员，同时也不能获得外部的粮食与弹药等物资的接济，形势变得非常严峻。留在城内的居民约有二三万人，大多数是妇女和儿童，他们忍受着饥饿的折磨。从1855年1月25日起，刘丽川等义军首领命令起义军食糜粥、草根，同时以少量粮食供应群众。存粮越来越少，米价不断上涨，2月上旬，每斤米竟高达300文，很快又涨到四五百文。起义军“杀牛马以食”，民间将所有的猫、狗都杀光吃光了，又吃草根、树皮。接着便有人饿死，每天都有8个到10个人饿死。弹药也消耗得所剩无几，城内处于弹尽粮绝的境地。
自2月4日开始，吉尔杭阿督率清军连日攻城，企图耗尽起义军弹药，2月6日早晨，清军数千人水陆并进，六门齐攻，起义军顽强应战，对准敌人发射枪炮，打得敌人不能上城。法军也趁火打劫，用大炮在城墙上轰开几个缺口。起义军自小东门之南缒下数百人，在郎家桥一带放火，烧毁房屋，欲乘势冲过南营清军，突围出去。又有500余名起义军由大东门出城，抄袭南营清军之后，清军拼命阻挡，起义军被迫退回城中。
2月9日中午，起义军从西南十战缒下数百人，欲冲三官堂清军营盘，清军应战，双方激战两个时辰，起义军有数十人牺牲，最后被迫撤退。
2月10日中，约有2000多名起义军假扮成难民，由大、小东门冲出，分路进攻南营清军的四处炮台，想一举占领炮台，以便冲出敌人的包围。清军拦阻，起义军被俘5人，阵亡100余人。起义军又从城上缒下数百人，直冲浦滩，以牵制敌人。清军堵截包抄，停泊在黄浦江上的清军战船也开炮轰击起义军。吉尔杭阿与虎嵩林又调兵遣将，援救清军。起义军表现得勇猛顽强，但终不能夺取清军炮台，苦战将近两昼夜，到2月12日清早才退回城中。起义军歼灭了一些敌人，但自己损失惨重，近200余人牺牲。
2月14日拂晓，数千起义军从西面、西北面缒城而下，往北冲到陈家木桥，进攻新建墙垣。当起义军逼近城垣时，清军开枪射击，外国列强也督兵防备，与清军一道对付起义军。起义军组织了几次进攻，都无法突破墙垣，便转而向西，以抄袭陈家木桥清军营盘，虎嵩林命清军援救，起义军继续向前进攻，但仍突不破清军的防线，最后由西门回城。这次战斗又损失了一些将士，将军林阿明不幸被俘。
2月15日，起义军夺取了一艘外国艇的货物、枪炮和现金。晚上，起义军又冲上黄浦江上的一艘英国艇，夺取艇上枪炮和货物。英方大怒，致函起义军首领，要求马上归还被夺的财物，并引渡肇事的起义军，否则将采取报复措施。起义军首领被迫交还财物和交出几名士兵，以免使局势进一步恶化，但否认事先知情或曾参与此事。
2月16日清晨，清军在小南门用地雷轰城，轰塌城墙2丈多，清军乘势猛烈攻城，杀害起义军数人，烧毁城上帐篷，夺取起义军的炮位、旗帜、器械。法军从其界墙方面向城中开炮。危急之时，陈阿林率起义军数百人冲出民房，冲上城墙，用喷筒、火箭拼命抵抗，打死清军30余名，打伤100余名，清军遭受很大损失，只得败退回去。起义军又一次守住了县城，但也损失将士40多人。
面对中外反动势力的包围封锁，上海县城实难再守，但如何转移出去，是起义军面临的一个严峻而紧迫的问题。2月17日，也就是大年正月初一这一天，小刀会领导人商议转移问题，将领们就应采取何种步骤的问题展开激烈争论，未能达成一致的意见，怒气冲冲地散场，各自找最合适的时机转移。随后，小刀会领导人还是决定打到镇江府，参加太平军，方案虽好，但困难很大。刘丽川和陈阿林商定，各自带领一部分队伍，预约在西门外集合，并在清军中寻找友人引路，以便夜间安全穿过敌人营垒。当天深夜，刘丽川和陈阿林分别率领一部分起义军，悄悄打开西门，出城后两队各自行动。
刘丽川所率领的部队，由预先约好的清军中的向导引路，经过敌人营房时，并没有受到清军攻击。次日黎明，刘丽川等200多人到达虹桥，正好与虎嵩林所率清兵相遇，孙丰也带兵追来，起义军与敌人激战，尽管起义军又饥又饿，疲惫不堪，但仍拼死肉搏。起义军除30多人被俘外，刘丽川被清军士兵贺大胜韦友瑶两人杀害，他的“招讨大元帅”和“受命贵天”两颗大印被敌人缴获，其余将士也都壮烈牺牲。
陈阿林所带领的队伍，由于黑夜迷路，在墓地间转来转去，没有到达约定点。最后只得涌入租界以求安全。他们跑到美军的营的房里，美军官允许他们薙发易服，使清军不易认得，但大多数起义军战士仍被查获斩首，尸骸遍地，惨不忍睹，陈阿林饶幸逃生，他藏到一乡民家中，换了一身旧衣服，手提竹篮和油瓶，装扮成平常百姓，然后来到街上，经过无数清军，没一人识破。他到达一位友人家，友人帮他离开上海，后流亡到香港、新加坡等地。
除刘丽川、陈阿林率领的两支队伍队，一些起义军从城中分别出走。徐耀率领160余名起义军由小东门、北门冲去，全部被清军捕获，最后都惨遭杀害。还有蔡三冬、周龙林等300多名起义军将士出城以后，不及隐蔽，被清军及团练逮捕，审讯之后，分别被凌迟处死。
起义军的这次突围，大部分人遇难，只有少部分队伍杀出重围。突围是失败得，而且失败的很惨重。但起义军表现得非常英勇顽强，与清军浴血奋战，不怕牺牲。广大群众千方百计营救起义军一些起义军将士之所以能够突出重围，躲过敌人的屠刀，是与人民群众的掩护和协助分不开的。一位叫斯嘉兹的英国人在他的《在华十二年》一书中曾写道：“中国人的行为是可钦可佩的。有的人，只要泄露一点消息，就会立时惨遭杀身之祸，但他们总是竭尽全力给予援救。我有机会看到许多动人的实例，足以证明中国人热心救人急难，“有些中国人，原来是与叛党毫无关系的，这时竭力设法隐蔽他们所能够看到的事实，全力予以救援，这些人的热诚关切，使人看了非常高兴。上海人、宁波人、福建人、广东人，他们中间有不少人，原来颇有陷害党徒、领到巨额赏格的机会，但是他们都能设身处地，对于这些在急难中的人，采取真正的人道主义和仁爱的立场。”起义军和上海人民共同写下了上海革命斗争史上光辉的一页。
清军得知起义军撤出上海县城后，马上从东南两门攻城，南门先破，随后东门，西门被攻下，清军枪炮齐发、蜂拥着冲进城里，上海县城终于落入清军之手。清军入城后到处放火，预防起义军的伏击，大火狂烧了24小时，以致半个上海全部化为灰烬，千家万户的财产悉告毁灭，上海县城中心，几乎没有一家商店，没有一所象样的住宅不变成断壁残垣的。清军还在城中大肆抢劫，一见财物，立即强行夺取，甚至连死人身上的衣服也要剥下来。斯嘉兹写道：“城内的情景，正是中国官兵的耻辱。每一件留下来的物品，他们都要抢劫。”清军还在城中疯狂屠杀，逮住起义者就处死，对藏匿起义军的人也要处死，甚至连无辜的妇女、儿童和白发苍苍的老人也惨遭杀害。3天内，约有1500人被杀害。清军的血腥暴行，真是罄竹难书。