1839年（道光十九年）二十九岁。夏，出衡阳，谒杜工部祠、石鼓书院。秋，出邵阳，察访武岗、新化、兰田、永丰。12月，子纪泽生，离家起程赴京。本年起始作日记，持之以恒，至终不辍。
1840年（道光二十年）三十岁。5月，庶吉士散馆，列二等十九名，授翰林院检讨。7月，得病，经欧阳兆熊、吴廷栋治疗、护理，两月始愈，三人遂成好友。
1841年（道光二十一年）三十一岁。8月，偕倭仁往谒理学大师唐鉴，请教治学之方，检身之要。“考德问业”“为义理所熏蒸”。11月，任国史馆协修，遍鉴前史，辨具得失。是年，喜读胡林翼赠送的《陶文毅公文集》。写作《里胥》，直道民间疾苦，鞭笞腐败政治。
1842年（道光二十二年）三十二岁。致力程朱之学，每日必做日课：早起、主敬、静坐、读书不二、读史、谨言、养气、保身，日知所亡、月无忘所能、作字、夜不出门。
1843年（道光二十三年）三十三岁。4月，升任翰林院侍讲。7月，钦命为乡试（四川）正考官。8月，补授翰林院侍讲。12月，充文渊阁校理。
1844年（道光二十四年）三十四岁。8月，郭嵩焘引江忠源来见，结为师生。派充翰林院教习庶吉士。
1845年（道光二十五年）三十五岁。10月，升翰林院侍讲学士。李鸿章入京会试，以年家子投其门下受业。
1846年（道光二十六年）三十六岁。1月，充文渊阁直阁事，自书其书舍曰：“求阙斋”。夏秋间，养病城南报国寺，与同寓刘传莹就汉学、宋学深入研讨，知学须返本务要，“执两用中”。
1847年（道光二十七年）三十七岁。7月，升授内阁学士、兼礼部侍郎街。11月，钦派武会试正总裁，殿试读卷大臣。
1848年（道光二十八年）三十八岁。3月，子纪鸿生。10月，辑录古今名臣大儒言论，按修身、齐家、治国三门分三十二目辑成《曾氏家训》。
1849年（道光二十九年）三十九岁。2月，升授礼部右侍郎。9月，署兵部右侍郎。
1850年（道光三十年）四十岁。4月，上《应诏陈言疏》，直揭官场“委靡因循”、官吏“畏葸”“柔靡”，“今日所当讲者，唯在用人一端耳”。7月，兼署部左侍郎。
1851年（咸丰元年）四十一岁。1月，洪秀全在广西桂平金田村组织起义。5月，上《敬陈圣德三端预防流弊疏》，咸丰帝“怒掷其折于地”欲罪之。
1852年（咸丰二年）四十二岁。1月，上《备陈民间疾苦疏》。7月，任江西乡试正考官。行抵安徽太湖县小池驿，得母讣闻，回籍奔丧，10月初抵家。太平军出广西、入湖南，9月攻长沙，10月取决岳州。
1853年（咸丰三年）四十三岁。1月21日，接帮办湖南团练旨，经郭嵩焘力劝出保桑梓。30日，抵长沙与湖南巡抚张亮基商办团练。3月19日，太平军攻占江宁，定都为天京。9月，奏准移驻衡州练兵。11月，建衡州船厂赶造战船，派人赴广东购买洋炮，筹建水师。
1854年（咸丰四年）四十四岁。2月25日，奉命率师出征太平军，发布《讨粤匪檄》，命褚汝航为水师总统、塔齐布为陆军先锋，统率17000人，挥师北上。5月，兵败靖港，投水自裁获救。7月25日，重整水陆各军后，出师攻陷岳州。10月14日取武昌，咸丰帝令其部署理湖北巡抚，七天后收回成命，改赏兵部侍郎衔。12月2日攻陷田家镇。
1855年（咸丰五年）四十五岁。2月12日夜，石达开总攻湘军水营，烧毁湘军战船一百余艘。曾国藩座船被俘，“文卷册牍俱失”。“公愤极，欲策马赴敌以死”，罗泽南、刘蓉力劝乃止。
1856年（咸丰六年）四十六岁。7月，坐困南昌。9月2日，杨、洪内讧（天京事变）后，太平军元气大伤。10月，曾国藩在长募勇组建吉字营入援江西。
1857年（咸丰七年）四十七岁。2月27日，其父去世，偕弟国华回籍奔丧。7月，两次上疏，请求在家终制，获咸丰帝准许，是年建“思云馆”。
1858年（咸丰八年）四十八岁。5月19日，李续宾、杨岳斌率水陆两军攻陷九江，弟国华入李幕。7月13日，接上谕命其出办浙江军务，17日起程。8月5日，抵武昌，与胡林翼会商进兵、筹饷之策。11月15日，李续宾、曾国华死于三河之役。12月，作《爱民歌》以训湘军。
1859年（咸丰九年）四十九岁。1月，李鸿章来建昌晋谒、留营襄办军务。是月，曾国葆改名贞干入湘军，为其兄国华报仇。2月，作《圣哲画像记》。11月，拟四路进兵之策，攻取安庆。
1860年（咸丰十年）五十岁。5月，辑录《经史百家杂钞》26卷，“取精用宏”“尽抡四部精要”。6月，左宗棠来营，留住两旬，商讨东南大局，奉命以兵部尚书衔署理两江总督。7月，委授两江总都，并以钦差大臣督办江南军务。10月18日与胡林翼、李续宾商筹北援之策，上疏请求带兵北上扫夷勤王，以“雪敷天之愤”。12月，祁门大营两度被困，太平军距大营仅二十里，“危险万状”。
1861年（咸丰十一年）五十一岁。8月23日，上《复陈购买外洋船炮折》：“购买外洋船炮，则为今日救时之第一要务。”9月5日，湘军攻陷安庆。25日，移住安庆。11月20日，奉旨督办四省（苏、皖、浙、赣）军务，其巡抚、提督以下悉归节制。12月，在安关刨办内军械所。年底，定三路军进军之策：“以围攻金陵属之国荃，而以浙事属左宗棠，苏事属李鸿章，于是东南肃清之局定矣。”
1862年（同治元年）五十二岁。1月31日，奉旨任两江总督协办大学士，曾国荃补授浙江按察使。2月14日，左宗棠率军由江西入浙江。4月，李鸿章率军抵上海。5月，曾国荃率军进驻雨花台，会同彭玉麟的水师围攻天京。7月18日，为借兵助剿事再疏力陈利害：“岛人借助剿为图利之计……而中华之难，中华当之”，决不能让洋人以助剿来“蹂躏中国之土地”。9月，为死于战乱而未及安葬的桐城儒生方东树、戴钧衡六人立石修墓，妥为安葬。12月，其弟曾国葆病死于雨花台湘军大营。年底，华衡芳与徐寿父子试制成功中国第一台蒸气机，曾国藩见后，于当天日记中写道：“窃喜洋人之智巧我国亦能为之，彼不能傲我以其所不知矣！”
1863年（同治二年）五十三岁。1月28日，安庆内军械所造出的我国第一条木壳小火轮，曾国藩登船试航后，喜而命名“黄鹄号”。5月7日，致函总理各国事务衙门，谓“洋人本有欺凌之心，而更授以可凌之势；华人本有畏怯之素，而逼处可怯之地”，反对购买要由海军上校指挥控制的船舰。6月13日，石达开兵败大渡河。9月，与容闳见面，商筹建立一个可以灾圃旎器的工厂。12月3日，交容闳六万八千两银赴美购买机器。
1864年（同治三年）五十四岁。1月，派李凤苞测量江浙外海各岛屿沙线。5月，江浙藏书遭兵动多有毁损，定刊书章程，即于安庆设书局，刊刻各种经史。6月3日，洪秀全病逝天京，其长子继位。7月19日，湘军攻陷天京，太平军宣告失败。7月，曾国藩赏加太子太保、一等侯爵，曾国荃赏太子少保、一等伯爵。8月15日，奏准裁撤湘军二万五千人。10月，行辕移驻安陵。11月，奏准停征厘舍、亩捐。12月，主持修复江南贡院，补行江南乡试，会考江南优贡。
1865年（同治四年）五十五岁。1月，选汉唐以来各臣奏疏17首，编《鸣原堂论文》。3月，主持修葺种山、尊经两书院，收养八百孤寒子弟，并从自己养廉银中捐款课奖。5月26日，接上谕：“率军赴山东剿捻。”6月，主持整理《王船山遣书》完稿，共三百二十卷，交金陵书局出版。6月18日，北上剿捻之策：重镇设防，划河圈围，清野查圩，马队追踪。9月，经扬州、清江浦抵徐州，一路调兵布防堵围，沿途又张榜招员。10月，将金陵制造局迁往上海虹口，和李鸿章原设的炮局及购自美国人的铁厂合并，再加容闳购回的百多部机器建成江南制造总局。12月，核定长江水师永远章程及营制营规。
1866年（同治五年）五十六岁。3月，由徐州赴济宁，沿途谒孟、孔、曾诸圣墓。9月24日，捻军突破防线，进入山东。连续二次请假，在营调养。10月，奏陈：“剿捻无效，病难速痊，请开协办大学士、两江总督之缺。”12月，回任两江总督。
1867年（同治六年）五十七岁。3月，在江南制造总局下设造船所试制船舰，同时拟设译书馆。5月，会同李鸿章将江南制造总局由虹口迁高昌庙，征地扩迁，规制大增。6月，补授体仁阁大学士。
1868年（同治七年）五十八岁。4月，奉上谕改授为武英殿大学士。5月31日，至上海视察江南制造总局。8月，奉命调任直隶总督。9月，江南造船厂试制的第一艘轮船驶至江宁，曾登船试航，取名“恬吉”。12月，抵京师，陛见那拉氏与同治皇帝。
1869年（同治八年）五十九岁。2月27日，奏陈直隶应办事宜，以练兵、饬吏、治河为至要。6月，奏请按湘军制改造直隶练军。8月，作《劝学篇示直隶士子》，提出儒学有义理、考据、经济、辞章四科，唯义理为治学根本。12月，奏陈：“直隶清理积狱……计审结并注销之案四万一千余起，多作尘牍，为之一清。”
1870年（同治九年）六十岁。4月，肝病日重，右目完全失明，奏准病假一月，5月续假一月。6月，天津教案发生，奉命前往处理。7月11日，抵津，出令放告，要求津民据实检举揭发；23日，法国公使罗叔亚来见，要求杀天津道员、知府、知县为法领事抵命，并以战争相威胁，曾国藩严辞拒绝。24日，奏陈：“挖眼剖心，全无实据；津民生愤，事出有因。”8月，奏陈：“本案凶犯已拿获九名，唯罗叔亚意欲‘三员议抵’，断难允求。府、县本无大过送交刑部已属情轻法重。”9月，两江总督马新贻遇刺身亡，曾国藩调任两江总督，李鸿章调补直隶总督。10月17日，起程南下。11月3日，六十大寿，御赐“勋高柱石”匾额。24日，作家训日课四条：“一曰慎读则心安，二曰主敬则身强，三曰求仁则人说，四曰习劳则神钦。”
1871年（同治十年）六十一岁。8月19日，挈李鸿章联衔会奏《拟选子第出洋学艺折》。9月，视察水陆各营防务、训练情况。11月抵上海，23日在沪设宴庆祝六十一岁生日。
1872年（同治十一年）六十二岁。2月27日，领衔上奏，促请对“派遣留学生一事”尽快落实，并提出在美国设立“中国留学生事务所”，推荐陈兰彬、容闳为正副委员常驻美国管理。在上海设立幼童出洋肄业局，荐举刘翰清“总理沪局选送事宜”。3月1日，时发脚麻之症，舌蹇不能语。3月12日，午后散步署西花圃，突发脚麻，曾纪泽扶掖回书房，端坐三刻逝世。是月，清廷闻讣，辍朝三日，追赠太傅，谥文正。6月25日，灵柩运抵长沙。7月19日，葬于长沙南门外之金盆岭。次年12月13日，改葬于善化县（今望城县）湘西平塘伏龙山，与夫人欧阳氏合葬。