尽管击退了英法联军，但获悉对方浩浩荡荡登陆北塘，咸丰仍预感到了大事不好。
自第二次大沽口战役后，迟迟无法镇压下去的太平天国运动使南方形势完全溃烂，已严重威胁到了帝国财政赖以生存的税赋来源，甚至影响到了事关生死的漕粮调运。正是在这种情况下，即便明知英法联军威胁京津，咸丰之前也不得不以举国之力去对付南方战事。
因为把大部分人力财力物力都投入于南方，所以僧军的装备才会那么简陋落后，同时北方兵力也空虚到除僧格林沁、胜保部外，再没有什么可以用来抵御英法联军进攻的力量了。
对自己的这点家底，咸丰岂能不清楚，他接连谕令直隶总督桓福，要桓福乘机转圜，而且务必对英法使节心平气和，以礼相待。桓福奉令向英法公使递交照会，请两国停止进兵，从北塘入都换约。
额尔金何其精明刁钻，他马上回复称，必须钦差大臣前来方可议和，而且你的照会中只说入都换约，没说卜鲁斯在上海所提条件能否允准，那“本大臣”为何要中止进兵？继续打！
经过重新策划，联军决定先把塘沽放在一边，转而占领塘沽附近的新河和军粮城。1860年8月12日拂晓，万余联军分成两路扑向新河、军粮城。这一带的蒙古骑兵主要驻于新河，一共不足两千人，但闻知敌人发动了进攻，亦马上分两路迎敌。
僧格林沁在备战时认为英法因第二次大沽口战役之败，非万不得已不敢轻动，同时他又依据上次作战的老经验，判断联军不可能带来太多骑兵，上岸也不能带大炮，这些都被证明是错误的。
事实上，联军中有相当数量的英军骑兵、阿拉伯骑兵和印度锡克教骑兵，其中的锡克骑兵蓄长须，扎头巾，骑着高大的阿拉伯马，虽然也不过是被殖民地士兵，却个个都狐假虎威，装出一副盛气凌人的样子。大炮方面，联军除火力猛烈的加农炮外，还拥有最新式的阿姆斯特朗炮。后者是一种大型的线膛炮，专门用来驱散大部队，它可以把金属打成碎片，摧毁“用18世纪的武器”装备起来的步骑兵更是不在话下。
新河是联军的攻击重点。英军统帅格兰特指挥了这次攻击，在他的命令下，八百联军骑兵绕过挡在路上的中国军队，从其背后发动袭击。与此同时，联军主力则动用三门阿姆斯特朗炮从正面发动攻击。
在到达离蒙古骑兵约三里路的范围时，联军开始发射阿姆斯特朗炮，蒙古骑兵的阵形立刻被炮弹撕裂开来，但是面对异常猛烈的炮火，他们毫不畏惧，幸存者依旧不断向敌人发起冲锋。这种自杀式的勇猛令联军大为震惊。英军的一名少将指挥官惊叹道：“他们在战火里坚持了相当长的时间，对世界上任何军队来说，那都是严峻的考验。”
蒙古骑兵已经冲到距离敌人四百多米处。在如此近的范围内，阿姆斯特朗炮可以把威力发挥到最佳，经过长达二十五分钟的狂轰滥炸，勇士们才被迫停止前进，但并没有立刻回头。
这时从背后发起袭击的锡克骑兵跳了出来，并远远地用卡宾枪和手枪施射，蒙古骑兵只能被动地用弓箭长矛进行反击，可是武器精良的锡克骑兵依然拿他们不下。一位英军中校目睹此情，深感敬佩，说他“从未见过如此有胆魄的人”。
这种力量过于悬殊的对垒当然无法坚持长久，蒙古骑兵被迫向后撤退，锡克骑兵紧追其后，但他们不知道这其实是对手的诱击战术。很快，蒙古骑兵一个迂回分割，将其驱赶到了新河东北的沼泽地带，锡克骑兵的阿拉伯战马被陷在泥里，顿时动弹不得。
就在蒙古骑兵准备一鼓作气，将锡克骑兵予以歼灭的时候，格兰特及时变换了队形，派七百名联军步兵赶到阵前，其中枪法较好的狙击手作一字排列，等蒙古骑兵渐近，便用来复枪进行射击。
来复枪也就是线膛枪。在世界兵器史上，来复枪的出现带有转折性的意义，这是因为与过去相比，它使步兵武器的杀伤力陡然提高。有的西方史家甚至认为，即便20世纪出现的高爆弹、飞机、坦克，也不及当时来复枪诞生后产生的影响力。
英法联军长年在欧亚间打来打去，作战经验丰富。在联军所占据的阵地周围，由于连日大雨，遍地积水，骑兵无法进行侧翼抄袭，只能从正面硬冲，这也等于让他们成了狙击手施射的活靶子。一时间，众枪竞发，枪响处，骑兵们纷纷从马上坠落。侥幸躲过弹雨的少数骑兵虽然冲到敌人面前，但因寡不敌众，也很快就全部牺牲了。当天实施冲锋的部队几乎全军覆灭，仅七个人活了下来。