此时，联军中国舰队陆续驶抵大沽口外的战舰已有二十二艘，并有二十余只舢板运载海军陆战队员已越过了拦江沙；随时可对大沽炮台发起进攻，大战一触即发。
接着，英、法联军又向谭廷襄发出《最后通牒》：“勒令清政府应让四国公使前往天津”，并限令清军“必须在两时内交出大沽炮台”。
大沽口炮台位于白河入海口，可谓是“津门之屏障，京都之咽喉”，共由设置于白河两岸的五座炮台组成；其中，白河北岸有二座炮台，由游击沙元春、天津镇总兵达年等率部防守；白河南岸有三座炮台，由游击德魁、都司讷勤和、游击陈毅等率部防守；守兵共约八千余人，并配有神机营大炮二百余门。
同时，还调派了京营马步队、火器营、健锐营等数千人，由刑部左侍郎国瑞、护军统领珠勤亨、副都统富勤敦泰率领，作为南、北两岸炮台的接应。而北上进犯大沽口的联军虽然有二十余艘舰艇，但总兵力仅有二千余人；大沽口清军兵力数倍于敌，应不示弱。何况，那位出身于海军世家的舰队司令西马已由何伯接任。
谭廷襄想到这些，也就少了许多顾虑；于是，对于联军的《最后通牒》没予理会。
两时后，英、法联军的炮艇果然闯进了大沽口，向大沽口的南、北炮台同时发动了猛烈攻击。
于是，大沽口南、北炮台被迫还击。一阵炮轰后，联军的攻势终于被抑制住了；并击沉了联军的舢板四只，毙伤百余人；法国的霰弹号炮艇也遭到了重创，连艇长也被打死。
然而，正在清军庆幸胜利时；联军因首战失利而恼羞成怒，舰队司令何伯命令斯莱尼号旗舰及其它主力舰用大口径火炮一齐向大沽口南、北炮台猛轰。
顿时，大沽口南、北炮台上的百余门火炮被轰毁，炮台守兵也伤亡惨重。接着，联军的两支陆战队强行登陆向炮台进袭。炮台上尚存的清军将士坚守拒敌，大沽炮台上展开了一场白刃战。
然而，正在将士们浴血奋战时，直隶总督谭廷襄、直隶提督张殿元、天津镇总兵达年等官僚却早已吓得魂不附体，未待联军攻上炮台，一个个已自夺路而逃，致使炮台守军士气大挫。
后路接应的清军见状后也惊恐溃散，大沽炮台上的守兵即成了孤军作战。
结果，清军守将游击沙元春、都司陈毅、千总常荣恩、刘英魁等均战死在炮台上，四百余名兵勇也英勇献身，大沽口各炮台相继失守。
英、法联军攻陷大沽炮台后，就沿白河溯江而上进逼天津。
虽然，此时的咸丰皇帝仍想在“不得已的情况下，须与之用武”；但那些从大沽口逃回的官僚们早已被吓得魂飞魄散了，满朝但闻一片议和之声；直隶总督谭廷襄更是直言奏称：“综观事势，细察夷情；不能战，战则必败；不易守，无能守之将；故而，不得不抚耳。”竭力主张求和投降。
不久，英、法联军抵达天津城下；两国公使联名再次《通牒》清政府：“必须在两日内派一品大臣二名到天津签约，否则先取天津再攻北京。”
此时的清皇朝对于江南的太平天国已是束手无策，根本没有能力再对付英、法联军了。只是，咸丰皇帝对于英、法联军的这一趁火打劫式的行径很是于心不甘犹豫不决，但又苦无良策。
此时，深受咸丰皇帝宠幸的当年的秀女兰儿，因生下了太子载淳而已被封为了储秀宫懿贵妃；懿贵妃见咸丰皇帝终日愁眉不展，探得情由后劝道：“皇上何苦为此区区事烦恼如此？而今当务之急是家奴犯上，长毛作乱。诸夷来华通商且如邻里之交，何必太过计较。吾当‘量中华之物力，结与国之欢心’，则邻里和睦万事可宁。”
懿贵妃的一番话倒是使咸丰皇帝如茅塞顿开了。
于是，咸丰皇帝派大学士桂良与吏部尚书花沙纳为全权大臣，前往天津与联军议和，并允许两人可“便宜行事”。
然而，成吉思汗胞弟哈撒尔的第二十六代孙、因剿灭太平北伐军有功而加封为博德勒噶台亲王、时署任镶红旗汉军都统的僧格林沁，闻知咸丰皇帝派人与联军议和，心中甚觉不快；立即具本奏请“撤回议和代表”，主张应“倾全国之力，与诸夷决战”。
咸丰皇帝知道僧格林沁强悍好战可以驱用，但是此时满朝却都是一片求和之声；咸丰皇帝权衡再三后终于决定了求和，所以，仍然让桂良和花沙纳去往天津议和了。
桂良和花沙纳受命后火速赶往天津，两人分别与英、法、俄、美四国进行了谈判；经过一番讨价还价后，最后还是屈从和满足了四国提出的要求。
咸丰八年六月十三日始，清皇朝与英、法、俄、美四国先后签订了《中俄天津条约》、《中美天津条约》、《中英天津条约》、《中法天津条约》。尔后，又于当年十一月八日，再与英国签订了《中英通商章程善后条约》，作为对《中英天津条约》的补充条款。
四国通过《天津条约》，不但又获取了大量的所谓战争赔款；同时，还获取了更多的在华利益，诸如：允许“外国公使驻京”
、外国人可以“进入内地游历、传教”
、向各国“增开琼州、潮州、台南、淡水、登州、南京等通商口岸”
、在华的各国享有“最惠国待遇”
和“领事裁判权”
，甚至于允许“鸦片贸易合法化”
，并修改了“关税税则”
。
从此，四国输入的洋货不但可运销中国内地，而且只要交纳百分之二点五的“子口税”
后就可免交一切内地税。
对于如此不平等的《条约》，清皇朝迫于无奈只得认可。
一年后，按规定到了换《约》的时期；清皇朝担心在京换《约》会滋事，于是提出了在沪换《约》的建议；然而，此时的联军已不再把清皇朝放在眼里，却坚持非要在北京换《约》不可。
为此，咸丰皇帝又觉得大失了颜面，双方矛盾又由此激发。
于是，英国公使普鲁斯、法国公使布尔布隆和美国公使华若翰又派出一支由新任英国海军司令贺布少将指挥的，有二十一艘舰艇、二千余名海军陆战队员组成的联军舰队抵达大沽口外的海域，欲再次用武力威逼清皇朝就犯。
清皇朝不由得又害怕了，只好又软下了口气；答应在北京换《约》；但给英、法公使的《照会》中，须在由清皇朝指定的北塘登陆，经天津去北京换《约》；且随员不得超过二十人，并不得携带武器。咸丰皇帝欲以此挽回一些面子，自欺欺人般地心中也可平衡一些。
然而，英、法公使却不卖帐，连这点的面子也不给咸丰皇帝保留。
英、法公使接到《照会》后，断然拒绝了清政府的安排，坚持要用舰艇护航通过大沽口，然后沿白河溯流而上直抵京城。且未待清皇朝答复，英、法联军就照此行动起锚启程了；在贺布的指挥下，英、法联军舰队耀武扬威地向大沽口驶近。
只是，当贺布发觉大沽炮台上似已有所准备时，这才没敢贸然轻进，赶紧命令舰队在离大沽炮台不远处抛锚停泊下来伺机而行。
原来，自从大沽口战败后，咸丰皇帝原以为诸夷所求无非是为了获取在华贸易的更多方便而已；虽然是恃强凌弱的让人感到怄气，但比起那些在南方起义造反欲夺大清皇朝天下的发匪来总还不至于到难以承受的地步。
所以，咸丰皇帝也如他的祖宗一样忍气吞声了，这才派了桂良与花沙纳前去议和。
可谁知，两位大臣带回的却是那么屈辱的几份《条约》，咸丰皇帝这才觉得当初不该不听博德勒噶台亲王僧格林沁的主战主张。但转而又想，堂堂大清朝的武百官竟然都如酒囊饭袋，没有人能为朝庭解忧；仅有博德勒噶台亲王一人敢于主战，但毕竟是势单力薄难以为济何以拒敌？
最后，咸丰皇帝仍不得不认可了那几个屈辱的《条约》；但是，心中总是像憋着一股闷气感觉甚是不舒服，常思有朝一日能给夷人一点眼色以解心头之闷。
咸丰皇帝每每想到此，就会忆及竭力主战的博德勒噶台亲王僧格林沁；于是，咸丰皇帝任命僧格林沁为钦差大臣，率军前去驻守大沽炮台；欲利用他的一番热忱守护京都的大门，以免大清皇朝再次蒙受耻辱。
而这位成吉思汗的后裔倒确是个刚烈的汉子，僧格林沁对于上一次大沽口之战的惨败及其清皇朝对外一味的屈膝示弱心中甚是不乐。此次受咸丰皇帝的信任，感到万分的荣幸；受命后确是十分尽心，发誓要痛击来犯以不负皇命。
僧格林沁接管大沽炮台后，即花了数个月时间将南、北两岸的五座炮台进行了加固与重建，并以威、震、海、门、高五字分别为五座炮台命名，寓意“炮台‘威’风凛凛‘镇’守在大‘海’‘门’户的‘高’处”。
同时，僧格林沁制作了许多拒马桩般的铁戗障碍物抛置于炮台前的海岸边，以阻挡舟船靠岸登陆攻击炮台。除此，又仿照当年关天培的做法，在南、北两岸的大沽炮台间设置了一道铁链，以拦截舰艇驶入白河；僧格林沁希冀依赖这多道障碍，拒敌于白河口之外。
同时，僧格林沁调遣了数千满清八旗兵和京营兵驻守到大沽炮台上，新设一支由二千多名汉族绿营兵组成的水师协防炮台。另外，还调遣了两支各有五百人的蒙古骑兵；一支是由副都统成保率领的哲里木盟马队驻扎在新城，另一支是由头等侍卫布尔和德与二等侍卫明安率领的昭乌达盟马队驻扎在新河。一旦联军来袭，随时准备驰援大沽炮台歼击夷敌。
而此时，僧格林沁见到英、法联军的舰队泊于大沽口外，已料定其迟早来犯；于是，告诫诸将：“诸夷贪得无厌，屡欲再犯吾境，贼心未灭；且行为诡谲，难以揣测，不可为信；今陈兵未动，诚恐有诈；吾若稍有疏漏，其必乘隙而入；故务须谨防，毋可懈怠。”
果然，二十五日凌晨，天尚未拂晓；贺布亲率英、法联军舰队的舰艇十二艘，趁着夜黑悄悄地向大沽炮台袭来。贺布自以为清军屡战屡败，早已被英、法联军的铁舰厉炮吓破了胆；此番又是趁其不备偷袭，估计夺取大沽炮台必定如若探囊取物般的唾手可得，用不了费多大的心力。
此时，大沽口的南、北炮台沉浸在夜黑的海空中静悄悄的似乎什么也没有发生，贺布心中甚是暗喜。待得英、法联军的舰队驶到清军抛置在海岸边的铁戗障碍物前时，天刚破晓；大沽炮台上的清军似乎根本没有发现英、法联军的前来偷袭，仍然静悄悄的没有任何反应。
于是，贺布更是放胆了，竟然将其旗舰上的红旗大摇大摆地公然升了起来；然后，费了好多时终于移开了几只铁戗障碍物，才得以能使舰艇通过。
