丰十年（1860年）九月，直隶、山东及河间府一带捻军四起。清廷恢复僧格林沁郡王爵，命其率一万余清军赴山东与捻军作战。
咸丰十一年（1861年）十二月二十四日，根据僧格林沁的奏请，其哲里木盟长职由达尔罕亲王索特那木彭苏克补授。
同治元年（1862年），赏还博多勒噶台亲王爵，不久诏世袭罔替。朝廷授权僧格林沁节制调遣直、鲁、豫、鄂、皖五省兵马。僧格林沁率蒙古骑兵和五省提供的兵力多次打败捻军，在鄂东霍山黑石渡收降捻军十几万人，并打散十几万人，清军也损失惨重。
同治四年（1865年）五月，僧格林沁被捻军诱至山东曹州（今山东菏泽市）高楼寨，随后陷入重围。五月十八日晚，僧格林沁率少数随从冒死突围，当逃至曹州西北的吴家店时，被一捻军士兵诛杀在麦田，终年55岁。僧格林沁战死疆场，令清廷上下一片震惊，皆以失去“国之柱石”而惋惜。
由于僧格林沁平素爱护百姓、善待士卒，听说他去世的消息，百姓罢市，巷哭野祭。灵柩返回北京时，献上的万民伞有七十多柄，兵弁、百姓皆迎祭，哭声震地。
清政府以亲王规格为僧格林沁举行了葬礼，同治帝和慈禧亲临祭奠，赐谥号“忠”，配享太庙，在北京、山东、河南、盛京等地建“昭忠祠”，并绘像紫光阁。在科左后旗吉尔嘎朗博王府东建祠堂一座供奉僧王图像。在额布力尔协日嘎地方另建僧王塑像祠一座，并绘像紫光阁。
同年七月，清政府派员护送僧格林沁的灵柩北上，安葬在科尔沁左翼世袭旗陵（今辽宁省法库县四家子乡公主陵村）。