西方列强侵略下的清政府内部矛盾重重，咸丰元年（1851）南方爆发了声势浩大的太平天国农民起义，清廷的统治地位遭到前所未有的沉重打击。
在八旗、绿营官兵不敷调用，太平天国北伐军逼近京畿的危急局面下，清廷再度决定调用东三盟马队参战。
咸丰三年（1853）二月，气势正盛的太平军势如破竹，一举攻下江宁（今南京）并在此定都。
四月，在清军于江南、江北集结重兵围堵的局面下，洪秀全派林凤祥、李开芳等率兵北伐，拥兵两万由扬州出发，突袭清廷兵力空虚的北方腹地，期以夺占京师。
北伐军一路过关斩将，在临洺关击溃前来围堵的钦差大臣额尔经额部。清廷因之将额尔经额革职，改派胜保、僧格林沁前往。
迨至咸丰三年（1853）二月，因太平军攻占重镇江宁，并有渡江北犯之虞，清廷被迫加紧于黑龙江、吉林、察哈尔、归化城土默特等处旗营征调兵马，而原拟备用的东三盟蒙古马队也在征调范围之内。
同年五月，东三盟各派蒙古劲兵一千名，自备器械、火药、铅丸等物，赶往热河围场驻扎，随时准备应援在山东、河南围堵太平军的吉林、黑龙江、归化城等处马队官兵。
为确保其战斗力，清廷命沿途地方官为东三盟出征蒙古官兵提供充足补给，此处所以强调要在东三盟马队自带之外，另外筹拨充足军火，表明此次清廷已不再把这些来自扎萨克盟旗的非正规军，视作声援助势的后备力量，而是真正准备将其投入战场。
咸丰三年九月，太平天国北伐军已进至直隶境内，清廷命胜保为钦差大臣，以僧格林沁为参赞大臣，分统南路、北路清军，前后夹击太平军。
其中，僧格林沁麾下的北路防堵清军，除京城八旗的健锐营、外火器营、两翼前锋营、八旗护军营、巡捕五营及察哈尔八旗官兵外，就包括原扎热河围场的“哲里木、卓索图、昭乌达东三盟蒙古诸王等劲旅”。
九月中旬，太平军一度被南路追击清军围困于深州（今河北深州市），胜保以为“现在逆匪困踞深洲，粮药将尽，正可趁此机会一股歼除。”
考虑到胜保所部围城兵力不足，咸丰帝命在涿州（今河北涿州市）扎营之僧格林沁，拨给胜保京营、察哈尔兵三千，并“酌拨哲哩木盟马队一千名、热河兵五百名、古北口兵四百名，派令速赴涿州，以资防剿。
此一千哲里木兵即是最先从热河围场进入到关内的东三盟马队官兵。九月下旬，太平军自深州突围，威胁河间（今河北河间市）。
清廷以追击重于防堵，又决定将东三盟马队的指挥权转给胜保，以土默特贝子德勒克色楞④为帮办，统带东三盟三千马队，命其“驰赴胜保军营”。
为鼓舞士气，清廷在军费极度紧张的条件下，仍照例犒赏了即将参战的东三盟官兵，“赏调往直隶军营东三盟官兵银五千两。”
太平军自深州突围后，很快流动至天津附近。僧格林沁赶往防堵，又以所部兵大量调归胜保，奏请将尚未抵达前线的昭乌达、卓索图马队仍留归其指挥。十月，清廷遂又命将所有东三盟官兵重新交付僧格林沁军营。
此时太平军因进攻天津失利，退据独流、静海一带，为胜保所部官兵包围。十二月底，因胜保所部久攻不克，清廷命驻守王庆坨的僧格林沁率部支援胜保，东三盟马队至此始与太平天国北伐军交战。
咸丰四年（1854）正月，独流和静海的太平军突围，清军以四千余马队奋力追袭。僧格林沁麾下的拉木棍布扎布等率东三盟马队一千余参加了此次追袭战，配合胜保所部吉林、黑龙江马队，成功将太平军再度围困在沧州（今河北盐山县境）束城（今河北束城镇）一带。
此战之后，清廷赏赐翎顶的有功将士共计19人，其中17人为外藩蒙古官兵，这充分说明东三盟马队官兵，在与太平军的首次直接较量中，便已展现出了高昂的士气，以及不俗的战斗力。
二月中旬，林凤祥、李开芳率部自束城突围，辗转逃至阜城县（今河北阜城县），再为清军阻截。僧格林沁运用马队埋伏、步兵诱敌的战术，屡屡在城外击败突围的太平军。
此战清廷嘉奖的有功将士中，亦有属东三盟马队者，如赏戴花翎的卓索图盟协理台吉布木济特，以及赏戴蓝翎的哲里木盟兵海寿等。
三月初，胜保分兵万余（含先期派往的善禄部三千余兵）赶往山东阻击曾立昌等所率北伐援军，僧格林沁则专统大营二万余兵，继续围攻阜城。
时东三盟马队方面，有卓索图盟一千马队，在德勒克色楞带领下，随同胜保赴山东作战，哲里木、昭乌达两盟之兵则仍归僧格林沁指挥。
三月中旬，太平天国北伐援军占领临清（今山东临清市），随即遭胜保所部围攻。三月底，曾立昌等因屡战不利，弃临清南撤，结果为胜保所部马队追袭溃。
在李家庄（今山东长清县境）、清水集（今山东清水县）、冠县（今山东冠县）、张秋（今山东张秋镇）、郓城（今山东郓城县）、梁山（今山东梁山县）等地连遭堵截，最终在丰县（今江苏丰县）境内被全歼。
太平军北伐援军数万之众，所以为不过万余的胜保军迅速击败，很大程度上要归因于清军马队所具有的机动优势。
四月中旬，林凤祥、李开芳部自阜城突围南走。僧格林沁仍以马队截击，再度将北伐军围困于连镇。林凤祥等率众分布于连镇附近各村，依房舍建土垒，以枪炮频频击退清军进攻。
僧格林沁改以挖壕围困，昼夜炮击的方法，逼太平军反扑，然后再以马队伏兵截杀。四月底，胜保所部抵达连镇，与僧格林沁军合力围攻。
五月初，李开芳率三千马队突破胜保所部在连镇南面之防线，欲往临清接应实际已经覆没的曾立昌所部北伐援军。胜保急带马队尾追，德勒克色楞“亦带蒙古马队赶来，会合前进”，旋将李开芳部困于高唐州。
林凤祥所带其余北伐军，仍为僧格林沁围于连镇。此后，两处太平军照旧依托工事抵抗，僧格林沁、胜保两军虽迟迟不能取胜，但在马队的截击之下，林、李二人发起的突围也被频频击退。
迟至咸丰五年（1855）正月初，僧格林沁部先破西连镇，继而于十九日再破东连镇，俘获林凤祥。与此同时，胜保因久攻高唐不克，被清廷革职拿问。
僧格林沁奉命接统高唐州事务，随即自连镇军营挑带马步精兵九千余人前往。
由僧格林沁奏报所部官兵留用、遣撤的奏折可知，当时参加攻克连镇之役的东三盟官兵共约两千人，其中有哲里木盟马队二百五十名，继续随僧格林沁赴高唐作战，其余扎赉特贝勒拉布棍布扎布、科尔沁公棍楚克林沁所带哲里木盟官兵八百余名，以及护军统领珠勒亨额所带昭乌达盟官兵九百余名，则于正月二十二、二十三日分批凯撤回籍。
僧格林沁到达高唐后，知李开芳兵力无多，为尽快加以歼灭，于咸丰五年（1855）正月二十九日，下令撤去高唐南面围城官兵，纵太平军出走，再以马队于野战中加以歼灭。
李开芳率八百余残兵出城后，本拟逃往济宁（今山东济宁市），但在清军马队追袭之下，损兵三百余，复被围于茌平县冯官屯。因李开芳继续树栅死守，僧格林沁为减少伤亡，建长墙围困冯官屯，并修渠引水漫灌。
四月十六日，李开芳被迫率残部投降。至此，太平天国北伐军始尽数为清军所灭。冯官屯之战中，僧格林沁带往的部分哲里木盟马队与德勒克色楞麾下的近千名卓索图盟马队参加了战斗，并发挥了一定作用。
战后，清廷嘉奖的有功人员内，除僧格林沁及其子弟亲随外，仍有科尔沁四品台吉伯彦都古拉喜，四品顶戴蓝翎护卫玛勒洪阿、奇苏、阿勒腾桑，五品顶戴蓝翎侍卫鄂奇尔、额普图等六人，因功获赐花翎。
在四月二十一日的一件奏折中，僧格林沁称“哲里木盟、卓索图盟官兵、凉庄官兵，共一千三百余员名，均经遣撤”。
也就是说，在完成太平天国北伐军的任务后，该批次东三盟马队全数撤返原籍，并未被清廷调往其他战场同太平军继续作战。
东三盟马队在这一次战役中的可观表现，使之由过去清廷心目中久疏战阵的弱旅，一越而成为可与八旗王牌黑龙江、吉林马队相比肩的劲旅。
而在长达两年有余的战斗中，东三盟官兵转战河北、山东多地，经过野战驰突、昼夜奔袭、攻城拔寨、对垒相持等各种作战模式的历练，积累下了在中原城乡作战的丰富经验，为日后长期参加捻军起义作战打下了一定的基础。
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