李定国相当聪明，他不直接去江西支援金声桓，而是采取了围魏救赵的办法，直接进攻湖南，打孔有德的后方。

五月，李定国率军连克沅（湖南芷江）、靖（湖南靖县）、武岗诸州。镇守宝庆（湖南邵阳）的清将沈永忠急忙向孔有德告急，孔有德从长沙分兵救援。李定国抢在援敌之前，从枫木岭渡江直取宝庆，消灭清军五千，然后分兵衡阳。

六月，李定国兵出宝庆，衡阳，进逼湘潭，威胁长沙。

他兵分三路，由冯双礼率左路取娄底，张胜率右路攻萍乡，自己亲率一路攻湘潭，然后三路合攻长沙。

在长沙战役中，大西军作战勇猛顽强，速战速决。左路出奇制胜，很快攻克娄底，李定国当机立断，命令部队勿入娄底，与自己合兵推进，直趋长沙。

长沙失陷则湖南全省震动，孔有德反过来要面临李定国和金声桓两面夹击了。他只得放弃进攻南昌的金声桓，从赣州回军支援长沙。

六月三十日，孔有德主力先头部队到达长沙，大西军奋勇抵抗，双方激烈交锋，死者不计其数。

七月初一，孔有德又率主力到达，两军还没有交战，李定国训练的的战象队就扑过来，清军马匹受惊，大败而逃。

大西军趁势掩杀，清军死伤惨重，退入长沙城固守。

大西军乘胜追至，将城包围。

七月初四，大西军登云梯攻城，清军残军所剩无几，孔有德亲自披挂上城厮杀，战斗中额头中箭。

到这时候，他自知走投无路，于是把所有的家产放在一个屋子里，又亲自把自己的爱妻们杀掉，而死。仅有一女孔四贞逃脱。

清军主力被歼，主帅身死，金声桓趁机连下永新、安福、永宁、龙泉，围攻赣西重镇吉安，重新占领江西全境。

长沙城破，李定国又向北攻占益阳、常德、岳州，接着开始剿抚流窜在各地的顺军残部和土匪，恢复湖南全境。

同时，李定国传令全军，不可乱杀无辜。占领地方之后，先恢复大明法制，设置官吏，安置百姓，让黎庶得以平安生活。