咸丰九年（1859年）五月中旬，英、法、美三国公使各带舰队陆续抵达大沽口外，直隶当局宣布了咸丰的旨意：外国公使在大沽口以北30里的北塘上岸，经天津至北京，不准携带武器，每个国家的随员不得超过20人。应该承认，咸丰的这些安排即使按照今天的国际惯例衡量也完全合法。
此前，西方国家一直指责清廷不能平等地对待外国人，现在他们成了胜利者，说是来换约，态度却极为蛮横，带来了庞大的舰队和全副武装的2000名士兵，并告诉直隶当局：他们不走北塘，一定要把军舰驶进大沽口！
这简直就是上门寻衅。作为清朝的战略门户和军事要地，清廷当然有权拒绝外国军舰驶入。尤其应该指出的是，清军在大沽口排列了三道拦河铁链，配有铁戗、木栅，大沽口已经被封锁，根本不能航行。
为了把军舰驶进大沽口，英、法代表勒令清廷自行拆除航道中的障碍。美国公使还以中立国的身份提醒清廷不能漠视英、法两国的警告，如果不清除河道中的障碍，英法联军将代为清除。
直隶地方官没有表态，现场一名团练头目却斩钉截铁地说：“任何清除河障的企图，只要一个信号，炮台马上开火！”此时的英法联军早就把清军看扁了，团练算什么！就在美国公使交涉的当天夜里，他们对大沽口河道的障碍物展开爆破。
英法联军的统帅站在旗舰上，用望远镜观察大沽口炮台的动静。只见炮台笼罩在晨曦之中，海鸥在炮台周围翱翔，所有的射击孔均用席子遮盖，炮台上没有炊烟、人影，一片宁静。这跟他得到的情报符合──大沽口炮台没有守军，是一座空炮台。英法联军清除河道障碍的行动在继续着……
突然，现场响起了山呼海啸般的爆炸声，大地在颤抖，海水在沸腾……据负责守卫大沽口的蒙古亲王僧格林沁事后向咸丰报告，是英法联军先开炮的。但英法联军则声称先开炮的是清军，还有一个生动的描述：“一下子就像变魔术似的，所有本来掩盖炮台大炮的草席都卷了起来，顷刻之间全部大炮一齐开火。”
第一轮炮击打得停泊在大沽口外的英法军舰烟尘滚滚，英军海军少将腿部受伤，交出了指挥权，士兵死伤惨重。而正在河道中清理障碍的军舰无法机动，分别被击沉或搁浅，很多军舰升起了白旗，表示放弃抵抗。
后来，六百多名英法联军乘二十多艘冲锋舟抢滩登陆。令人意想不到的是，当他们距离岸边还有几百米时退潮了，侵略军不得不弃舟登岸，然而，当他们踏上中国的领土后，才发现这是一片泥滩。
清军的火炮再次怒吼起来，扫向在泥滩上艰难跋涉的英法士兵，一幅悲惨的场面出现在联军军官们的望远镜里：英法联军背对大海，面向中国军队的炮口，连滚带爬地跋涉在没膝深的泥水里。无遮无拦的泥滩上尸横遍野，个别联军士兵逼近了炮台，但他们的步枪早就灌满了泥水，已经不能击发。清军士兵开弓射箭，将他们一个个射杀在炮台前。
在这次战斗中，480名侵略军官兵被打死打伤在中国的领土上，36名清军献出了宝贵的生命。
两天后，捷报传到北京，咸丰的心情十分复杂。在他看来，这些本该千刀万剐的侵略者落得如此下场，确实大快人心，但因此兵连祸结，又不免忧心忡忡。咸丰下令赏给前线官兵5000两白银，格外抚恤为国牺牲的将士。无论如何，为国家流血流汗的官兵应该得到赏赐，但僧格林沁没有得到任何奖赏，当然也没有受到处分。
咸丰不希望事态扩大，命令天津官员邀请大沽口外的英法公使进京换约，英法公使拒绝换约，相反，美国公使按照清廷的安排进了北京。咸丰希望美国人能够调停，说服英法两国来京换约，息事宁人。英法两国既没有垂头丧气，也没有暴跳如雷，一切都安静得让人心中没底。咸丰九年六月中旬，英法联军撤离了大沽口。望着空荡荡的海面，清朝官员茫然了。
七月中旬，咸丰发布谕旨，宣布了清朝的立场。这道上谕有两层意思：第一，英法两国不遵守清廷确定的进京路线，闯入大沽口，破坏防务设施，在清军依然忍让的情况下先开炮，清军被迫还击，因此蒙受损失属于咎由自取，并非清廷失信；第二，肯定美国使节遵守清廷安排、进京换约的举动，以此暗示英法两国如能吸取教训，以美国为楷模，愿意来京换约，也能接受。
经过两江总督交涉，英、法两国依然拒绝进京换约，同时，两江总督根据获得的情报提醒咸丰，英、法两国图谋报复。咸丰提心吊胆地度过了这年的剩余时光，在忐忑不安中迎来了咸丰十年的新年。