天京事变后，石达开回京辅政。天国上下把振兴天朝的希望寄托在他身上。当时军事形势是严重的，武昌、汉阳陷落，曾被捣毁的江北、江南大营又由和春与德兴阿重建。
在石达开主持朝政，总理军国大计的半年内，形势显著改观。政治上，安定了人心，稳定了动乱局势。军事上，粉碎了清军对九江等战略要地的进攻，加强了拱卫天京的句容、溧水、镇江等军事重镇的防御，还收复了皖北、淮南大片土地，并推进到黄梅、罗田等鄂东地区，逼近武汉，重新夺回了战争主动权。
但是，随着石达开功绩、威望的提高，洪秀全的猜忌之心也愈加严重。洪秀全从反面汲取了杨秀清专权的教训，不敢完全信任外姓人，“专信同姓之重”。他封大哥洪仁发为安王、二哥洪仁达为福王，让这两个无德无才之人掌握朝廷实权，明为辅助，实为监督石达开。洪仁发、洪仁达对石达开嫉妒、挟制，以至有阴谋陷害之意。朝中官员对安、福二王十分鄙视，每当安、福二王在会上谈政论事，众臣“无肯听者”，显得十分孤立。在朝中遭冷落的安、福二王对石达开更为排挤压制。石达开与洪氏兄弟的矛盾日趋尖锐，如继续发展下去，势必酿成第二次天京内讧。
1857年5月下旬，石达开借到雨花台太平军驻地“讲道三天”的机会，离开了天京。6月上旬去安庆，沿途散发了出师远征的布告。布告使用五言韵文，用词沉重，语气委婉，诉说了自己受到压制的苦衷，也表达了他灭妖复兴华夏，效忠天国实现“一统太平”的决心，颇能打动人。他在安庆驻留4月，集合了六、七万精兵良将后开始远走。此后，石达开虽仍保持太平天国翼王称号，洪秀全方面也继续在官书、文件中列其职衔，多次劝其回京，但石达开坚持已见，不愿回头。石达开所带走的为太平天国的精锐部队，分散了天国的整体力量，涣散了军心，使衰落中的太平天国更是雪上加霜。李秀成死前总结太平军败亡十误中，把石达开“将合朝文武将兵带去”列为至大的失误。
石达开率部转战江西、浙江、福建、湖南，1859年秋入广西，对太平天国的官制礼文多有更改。因流离转徒，处处受挫，在广西竟萌生隐居山林之念，大部分将士纷纷离他而去。石达开最后决定进入四川这个天府之国，雄据一方。
1863年春，石达开率军3万人从云南昭通府米粮埧渡金沙江进入四川。5月14日到达大渡河边紫打地（今石棉县安顺场），被大渡河急流挡住去路，受到清军和当地土司兵包围，几番突围失败，陷入绝境。石达开向清军提出，愿意牺牲自己，甘受“身首分裂”死刑，换取清军对自己部下的赦免。6月13日，他带3名助手和5岁的儿子石定忠，自赴清营。结果，部下3000多人均遭杀害，他本人也被带到成都凌迟处死，石定忠也未能幸免。
石达开出京远征历时6年零1个月，转战江西、浙江、福建、湖南、广东、广西、湖北、云南、贵州、四川等10个省，其斗争锋芒仍对准清朝封建统治者，“誓灭胡奴”。出京之初，清政府把石达开当作主要的危险力量，派湘军主力追踪，牵制了清军兵力，从而减轻了对天京的威胁。石达开所到之处，也都不同程度地打击了当地地主阶级和清地方政府的统治势力，同时对西南各族人民的起义起到一定的鼓舞、推动和配合的作用。但是，上述积极作用也远不能弥补因分裂而导致的严重恶果。