到了咸丰十一年十月，萧山、诸暨、绍兴府相继失陷，粮草供应完全中断，援军无望。在这种绝望的情况下，王有龄再次上奏请求调任李元度为按察使，并招募湘军八千人进入浙江。然而，这支军队在龙游被太平军阻击，未能及时增援。
同年十二月，太平天国忠王李秀成率领大军包围杭州城。副将杨金榜战死，张玉良亦在战斗中被炮弹击中身亡。城内士气低落，粮食耗尽，许多饥民因饥饿而亡。十二月二十九日，太平军攻破杭州城，守军全面崩溃。面对如此局面，王有龄意识到大势已去，先是尝试服毒自杀未果，最终在后花园自缢身亡。李秀成进城后，安排棺木为其收殓遗体。
杭州失陷的消息传到京城后，言官颜宗仪、高延祜、朱潮等人先后上疏弹劾王有龄强行征收捐款，引发民愤。清廷命令曾国藩进行调查。曾国藩在奏报中表示，王有龄在浙江期间确实存在官绅不和的问题，并且未能有效指挥军队，导致局势恶化；但同时指出，在粮食耗尽、援军无望的情况下，王有龄以身殉职，不失为忠贞之臣。因此，清廷下诏按照惯例给予恤典，并赐予“壮愍”的谥号，将其入祀昭忠祠，并在浙江、福建两地建立专门的祠堂纪念他。
在这场灾难中，一同遇难的还有学政张锡庚、提督饶廷选、总兵文瑞、署布政使麟趾、按察使甯曾纶、督粮道暹福、仁和知县吴保丰等人。
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