13 stycznia 1865 w Chōshū wybuchła wojna domowa.
Takasugi odegrał wiodącą rolę w tej wojnie domowej, a jego Kiheitai udowodniła swoją wyższość nad tradycyjnymi oddziałami samurajskimi. Po serii szybkich uderzeń i dzięki pomocy Takayoshiego Kido w marciu 1865 rebelianci odnieśli zwycięstwo. Takasugi stał się jedną z najbardziej wpływowych postaci w hanie i dalej pełnił rolę eksperta do spraw wojskowości, dążąc do dalszej modernizacji armii Chōshū. Potyczka z siłami bakufu podczas drugiej ekspedycji karnej w 1866 roku ukazała przewagę zreformowanych oddziałów Taksugiego, które zwyciężyły na wszystkich czterech frontach, z czego dwa zwycięstwa były zasługą Kiheitai. Porażka nadszarpnęła autorytet shōgunatu i popchnęła do tej pory wrogie sobie hany do zawiązania sojuszu skierowanego przeciw Tokugawom, co doprowadziło do obalenia shōgunatu i Restauracji Meiji.
Śmierć Takasugi nie doczekał owoców swojej pracy reformatorskiej. Zmarł na gruźlicę 17 maja 1867 roku, w wieku zaledwie 28 lat. Kontrolę nad Kiheitai przejął jego protegowany, Aritomo Yamagata. Niespełna rok później marzenie Takasugiego o obaleniu reżimu Tokugawów urzeczywistniło się w postaci restauracji Meiji.