僧格林沁的最后几年，主要精力几乎都放在围剿北方的捻军上。
咸丰十年（1860）至同治三年（1864），直隶、山东一带的捻军风起云涌。僧格林沁率清军赴山东与捻军作战。清廷授权他节制直、鲁、豫、鄂、皖五省兵马。当时，清朝军队均腐朽不堪，只有僧格林沁所率的蒙古骑兵依旧剽悍，横扫数省，重创捻军。
但捻军行迹无定，流动作战，随聚随散，此伏彼起，令僧格林沁颇为头痛。同治四年（1865）春，他率领蒙古马队剿捻，穷追不舍，从河南追入山东，日行数百里，行程几千余里。部下被拖得精疲力竭，军中多有怨言。连续的奔袭，僧格林沁本人也“寝食俱废，恒解鞍小憩道左，引火酒两巨觥，辄上马逐贼”。其爱将陈国瑞认为这样蛮干不合兵法，应调整战术，僧格林沁不听，却说功成在即，应一鼓作气。于是，传令继续追击。陈国瑞扯住僧格林沁坐骑，说：“要去你去，老子不去。”僧王怒道：“不去就不去，老子自己去。”说罢，挥师出发。国瑞见僧王一意孤行，没有办法，只好说“国瑞卒不忍王独败”，仍带兵出队，担任前锋。
刚愎自用的僧格林沁对捻军一路穷追不舍，必欲除之而后快。到后来，他本人因几十天不离马鞍，竟疲劳得连马缰都握不住，只得用布带拴在肩上驭马。
四月中旬，捻军会集各路武装，在山东曹州菏泽以北布下天罗地网。这时的僧军已被拖得极度疲惫，四月二十四日，僧军至高楼寨（今菏泽市高庄集），陷入捻军重围。当晚，僧格林沁率少数随从冒死突围，至菏泽西北吴家店，被捻军杀死，终年55岁。
关于僧王的死，有三种说法：
第一种，马蹶而死。《清史稿》写得很悲壮：“夜半突围乱战，昏黑不辨行，至吴家店，从骑半没。僧格林沁抽佩刀当贼，马蹶遇害。”
第二种，自杀而死。震钧《天咫偶闻》的描述也栩栩如生，如亲眼目睹：“王之殉节也，师少匪（捻军）众，匪围之数重，王乃下马踞坐于地，示诸军无退意，匪亦不知其王也，然围之甚急……王恐为贼所得，遂从容就义。”
照此说法，僧格林沁应是自杀而死。捻军战士并不认识僧格林沁，在清理战场时，发现了他穿的王爷袍服，始知之。
第三种，窜逃而死。罗尔纲《太平天国史》称：“捻军里一个十几岁的小孩张皮绠（ɡěｎɡ） ，拿着短刀在麦田里搜索，发现了躲藏的僧王，大声喝道：‘僧妖！你果有今天！’手起刀落，把他杀死。”据说当地还流传着一首歌颂张友绠的民歌：“张友绠，真正强，麦稞地里杀僧王。”如果此说属实，僧王之死就比较丢人了。
僧王驻山东菏泽，有人对他讲捻军如何厉害。他却不以为意，说：“除了阎王爷，谁都不怕。”高楼寨之役，他果然死在诨名小阎王的捻军首领张总愚之手。于是，民间又流传这样的歌谣：
正月里，正月正，僧王来到我山东。二月里，龙抬头，杀人有功的赵康侯。……四月里，大麦黄，僧王麦地里遇阎王……
赵康侯，是巨野县的民团长，杀人如麻。
僧格林沁被杀次日，其部将陈国瑞率队至捻军阵前，企图领回僧格林沁的尸首。陈国瑞苦苦哀求，声称僧格林沁已死，岂可令其不返葬故乡？今日不得王尸，吾必不返。捻军首领经协商，认为僧格林沁及所率马队既已被歼，陈不过是败军之将，既求王尸，无需刁难，率军退去。
另一种说法，陈国瑞在战斗中身受重伤，侥幸逃脱。闻僧王被杀，又舍生忘死，乔装潜入敌中，找到僧尸，昼伏夜行，七天后回到军营。朝廷认为僧王的死，河南、山东的地方大员以及僧军部将都负有不可推卸的责任，相继给以降职、记过等处分，唯有陈国瑞因身负重伤仍苦战到底，免予处罚。
僧格林沁战死疆场，清廷上下一片震惊，皆以失去“国之柱石”而惋惜。清廷按照亲王的规格为僧格林沁举行葬礼，同治帝和慈禧太后亲临祭奠，赐谥号“忠”，配享太庙，在北京、山东、河南、盛京等地建“昭忠祠”，绘像紫光阁。慈禧太后又下令在北京为僧格林沁建“显忠祠”，每年春秋二季仲月吉日，朝廷派太常卿祭奠。这座“显忠祠”至今保存尚好。
僧格林沁治军，据说有两个特点：一是军旅所至，首先下令安民。他吃饭时接到报告，说哪里发生了扰民事件，立刻停止用餐，翻身上马，怀揣馒头数个而往。一是军旅途中，与士卒同甘共苦。士卒不眠他不入帐，士卒不饭他不用膳。有一次军粮断绝，只剩胡萝卜数石，部下以此充饥，难以下咽，僧王就坐在军帐前连吃数根，意犹未尽，众将士见了，不敢再有怨言。僧王的灵柩返回北京时，献上的万民伞有七十多柄，“兵弁百姓皆迎祭，哭声振地”。
僧格林沁一生大小战数百起，最后死在了沙场，对他来讲，至少这是一个理想的归宿。他的灵柩后来安葬在科尔沁左翼世袭旗陵（今法库县西部四家子蒙古族乡公主陵村）山坡上。这里在清代属科尔沁左翼后旗。僧王在此安葬，也算魂归故里了。