6月28日、29日，葛羅和額爾金先後抵達上海。伊格納切夫極力向他們表示友善，並鼓動英、法“赴天津開仗，必須毀去大沽炮台，和議方能成就”。他還把自己及其他俄國特務所掌握的有關清軍在京、津、大沽等地部署情況，密告給英法聯軍頭目。
7月初，英法侵略軍紛紛北上，華若翰、伊格納切夫也相繼趕到渤海灣。他們分別照會清政府，表示願意“調處”爭端；清政府擔心美、俄兩國借“調處”之便，再次肆意要挾勒索，未予接受。同時指出，美國照會按舊例應由上海投遞，才能接收。華若翰“調處”要求未能達到，考慮到自己已同清政府換約完畢，隻要英、法兩國將來取得新的特權，美國也可援例均沾，逗留此地已無必要，且國內南北戰爭進行正酣，不久即折回上海回國，而伊格納切夫目的未遂，仍舊跟在英、法後麵，伺機漁利。
7月底，英法聯合艦隊又一次在大沽口外集結。當時清政府負責天津海防的僧格林沁，把兵力和裝備大部集中在大沽炮台，而對北塘不加防守。認為那裏水淺，附近多為鹽灘，敵軍大船難以靠岸，僅在北塘後方的軍糧城配備了一支輕騎兵。這在軍事部署上無疑是一個失誤。伊格納切夫探知這一情報後，立即密告葛羅。於是英法侵略軍決定避開防務嚴密的大沽口，從沒有設防的北塘登陸。抄襲大沽炮台後路，然後直撲天津。
8月1日，克靈頓、孟鬥班率英法聯軍艦艇30餘艘、陸戰隊5000人，駛達北塘口，趁此處防守空虛，順利登陸，並占領北塘鎮。鹹豐帝得悉後，深感事態嚴重，急令恒福妥善籌辦和議。7日，恒福照會額爾金、葛羅，要求約定時間、地點進行談判。但他們予以拒絕，並強行要求清軍交出大沽炮台。
14日晨，侵略軍5000人，動用炮車200餘輛，向塘沽發動進攻。塘沽守軍發炮還擊，奮力抵抗。雙方激戰兩小時，守軍傷亡甚眾。隨後，侵略軍分兵一部泅水從葦塘迂回到塘沽側後，守軍受到前後夾擊，加上後援無繼，被迫退歸大沽北岸炮台，塘沽失陷。
英法侵略軍相繼攻占新河、軍糧城和塘沽後，一方麵將艦艇由北塘向大沽海口集結，另一方麵從陸路攻打大沽口炮台後麵，大沽炮台陷於腹背受敵的危險狀態。
此時，鹹豐帝已完全失去保衛海口的信心。他在給僧格林沁的諭旨中，非但不嚴令他堅守大沽炮台，反而說什麼“天下根本不在海口，實在京師，若稍有挫失，總須帶兵退守津郡，設法迎頭自北而南截剿，萬不可寄身命於炮台”，“與醜夷拚命，太不值矣。”同時，他還派人前往北塘口，請求英、法公使進京換約，但遭到拒絕。
21日淩晨，英法侵略軍集中所有炮火，向大沽北岸炮台發動猛烈進攻。炮台守軍在直隸提督樂善率領下堅守陣地，奮力還擊。自早晨5時至8時，流彈如雨，炮火始終未曾中斷。後由於各炮台火藥庫陸續中彈起火，炮台上濃煙彌漫，守軍被煙火遮住視線，炮擊轉慢。侵略軍萬餘人乘勢分為兩股，向石頭縫炮台猛撲，樂善率守軍用鳥槍、抬槍和長矛、弓箭等拚死拒敵，並與逼進的敵人展開肉搏戰，無一人試圖逃走，直至敵人已盤踞炮台內部，守軍還從附近房屋和草棚中射擊。經過數小時的殊死激戰，炮台被炸，樂善力竭捐軀，守軍大部陣亡，石頭縫炮台終告失守，其他兩座炮台也隨之陷落。此次戰鬥，清軍傷亡千餘人，英法侵略軍也遭重創，死傷400餘人，其中包括17名英軍軍官和6名法軍軍官。
據守南岸炮台的僧格林沁見北岸炮台失守，認為南岸炮台“萬難守禦”，即按鹹豐帝的旨意，於當晚將防守營城和南岸炮台的馬步官兵全部撤出，向天津退卻。僧格林沁在退走時把南岸炮台交給恒福。待他一走，恒福隨即在南岸炮台掛起免戰的白旗，把炮台及全部軍火物資拱手交給了侵略軍，自己則於28日逃回天津。
英法侵略軍占領大沽炮台後，賀布率先頭部隊乘炮艦，溯白河而上。這時，僧格林沁又以須與敵軍“野戰”而不能“株守營壘”為名，命雙港、天津一帶守軍以及從大沽炮台撤出的清軍退至通州一帶。賀布率侵略軍長驅直入，於24日駛達天津近郊。隨後，英法侵略軍後續部隊也陸續抵達，不費一槍一彈即占領了天津城。
英、法侵略者攻占天津後，巴夏禮和賀布以占領者的姿態發布告示，宣布對天津實行軍事管製，文官仍留原任，但一切大小政務，都要由巴夏禮負責。恒福以及天津地方官吏實際上已成為英、法侵略者的走狗。恒福還委派反動紳商、大漢奸張錦文等，照1858年的成例，設“支應局”為侵略者辦理供應，並指使“團練局”鎮壓天津人民反對侵略者的活動。
天津陷落的當天，即8月24日，鹹豐帝派桂良、恒福為欽差大臣（後又加派恒祺為幫辦大臣），並令桂良即日趕赴天津，同英、法議和。
天津交涉
天朝的威嚴和自尊，根深蒂固。
天朝的重臣和封疆大吏，傳統使他們在外交方麵幾乎一無長進，依然是以貧乏的外交常識指揮交涉談判，磋商要求。甚至派出的全權談判代表，仍是16年前簽訂所謂“萬年和約”的冤家。
所不同的是，在中國與英法聯軍之間，又多了兩位欲享漁人之利的調停者，美國和俄國。4月24日，英、法、美、俄向直隸總督呈遞了要清政府派全權代表談判的照會。
天津交涉，拉開了序幕。
1.譚廷襄、崇綸赴大沽。
英、法等四國舉兵北上時，曾於上海發出談判的照會，鹹豐皇帝對此毫不在意，以為是“虛聲恫嚇”而已，未予理會，仍令各國公使回廣州與新任兩廣總督黃宗漢辦理交涉。4月15日，英法聯軍待到照會期限屆滿，起兵北上天津，並再次照會清廷派員在北京或天津談判，否則將進攻大沽炮台。此時，鹹豐皇帝才意識到問題的嚴重性，慌忙下詔：中原未靖，多方掣肘，不得不思柔遠之方，為羈縻之計。
清政府先是命直隸總督譚廷襄、倉場侍郎崇綸等趕赴天津大沽辦理交涉事務。
譚廷襄、崇綸等仍是仿照傳統的老套路，到大沽之後，連日備辦隆重豐盛的大宴，以示天朝懷柔遠人之意。席間以紅布為幔，紅氈鋪地，鼓樂伴奏，款待優容。其間肴饌，千般各色，盡中華風物。譚廷襄等於飯飽酒酣之際，備陳天朝威德，誠如衣冠之會。
然而，英法侵略軍並不為豐盛的酒肉所動，反之，以慣技刁難。英國翻譯李泰國等與譚廷襄等會晤時，態度極為傲慢無理。
李泰國問：總督能否自作主張，能辦理兩國間的事務嗎？
譚廷襄答：總督皆能做主，皆可代表。
李泰國稱：我方公使為全權大臣，可以便宜行事，閣下是否具有相同的全權？
譚廷襄答：兩國製度不同，必需請旨遵行。
李泰國表示：如可領到便宜行事全權，英國公使才能來麵議。
雙方約定五日後聽信。臨別時，李泰國威脅道，屆期不至，後果自負。
譚廷襄將英、法要求，上報朝廷。清廷以中國向無此官銜，何嚐有便宜行事的名目，斷然否決英、法的要求。
於是，英、法拒絕同譚廷襄等談判，要求進京訴述，再次為清朝廷否決。