新河一战，蒙古骑兵一共伤亡了近四百人，见已无取胜希望，他们只得实施突围。一度面临灭顶之灾的锡克骑兵来了精神，他们立刻兜后追击，想给对手来个血腥屠杀。幸好一场暴雨忽然倾盆而下，蒙古骑兵余部以此为掩护，才得以退守塘沽。
新河和军粮城随后陷于敌手，这使形势顿时变得极其严峻：英法联军的军舰由北塘开向大沽，用舰炮对准大沽炮台，以扼炮台之前；其步骑据守新河、军粮城，以逼炮台之后。
大沽炮台的炮口所向大部分都朝向海面，一旦英法联军从侧背发起攻击，无法反身施射。“铁脖子御史”陈鸿翊曾担心过的情况赫然出现在眼前，此时僧格林沁才后悔不该纵敌登岸，然而一切都已无法挽回。
1860年8月14凌晨，英法联军兵临塘沽。塘沽筑有周长近四里的泥墙，上面设有枪眼、炮洞工事，配备着火炮，具备一定的防守能力。观察形势之后，英军统帅格兰特以部队需要休息为由，提出第二天再打，可是法军统帅孟斗班却希望立即攻城。
英法虽然共同发动第二次鸦片战争，但无论兵力还是后勤支援，法军都不及英军。另一方面，当时正值法国的民族主义情绪高涨之际，其国内舆论甚至称侵华的英法联军为“法英联军”。作为法军统帅，孟斗班也不愿老让英军出风头，既然英军说要休息，他就决定在没有英军帮助的情况下独自攻城。
没承想这一打就吃了亏。塘沽原有驻兵加上退守的骑兵总计有三千人，他们已接到僧格林沁的命令“扼守壕墙，严加戒备，不准稍有松懈”，看到法军冲上来，立即用火炮进行拦阻。
孟斗班不甘心在英国佬面前丢了面子，仍勒令士兵继续冲锋。只是法军士兵的英勇精神远不如中国军人，很快，这些士兵就败退下来。
格兰特比孟斗班要老奸巨猾得多，他传令休息就是因为发现正面进攻难度较大，孟斗班执意一攻恰好给他蹚了雷，让他验证了自己的观点。与此同时，法军的进攻也吸引了守军正面的火力，格兰特抓住机会，指挥英军凫水由苇塘抄袭守军侧背。守军腹背受敌，不得不由塘沽退至大沽口北岸，转而协同防守北岸炮台。
第三次大沽口战役前，僧格林沁曾夸下海口：“即使该夷（英法联军）舍命报复，现在营垒倍厚加高，密布大炮，各营官兵无不奋勇，足资抵御。”如今随着塘沽沦陷，大沽岌岌可危，僧格林沁的保证不攻自破，他本人也备受外界质疑。
有人分析僧格林沁致败之因，说他和古代的屈瑕很像。屈瑕是诗人屈原的祖先，春秋战国时楚国的一员大将。他仗着以石击卵的优势打了一场胜仗，之后便趾高气扬，不可一世，最终导致全军落败。
论者以为，僧格林沁最初系以击败太平天国北伐军扬名，但那场仗出力最多的其实是胜保。言外之意，僧格林沁和屈瑕一样，不过因人成事，却把自己真当成了武圣关公，骄矜如此，想不打败仗都难。
僧格林沁此次刚愎自用，因骄落败，这一点自然没有错，可要以此否定僧格林沁亦走向了另外一个极端。若论军事才能，僧王实非胜保等其他北方将领所能及，且不说他是击败北伐军一役的首功之臣，胜保不过一配角罢了，仅就保卫京津而言，这一重责也非其莫属。
作为对手，英法联军的评价或许更能说明问题，他们称僧格林沁所部为“帝国（指清帝国）的最好军队”，说僧格林沁及其所部就算在落败和形势极其不利的情况下，“还想抵抗，并寸步不让地保卫领土”。
咸丰对此心知肚明。闻听大沽炮台处于危急状况，他的第一反应不是追究僧格林沁的责任，而是考虑无论如何要保住僧格林沁，避免其走屈瑕的路——屈瑕败北后，自感无面目见君王和父老，乃自尽身亡。
1860年8月15日，也即塘沽沦陷的当天，咸丰给僧格林沁发去上谕：“天下根本，不在海口，实在京师。”相对于大沽，北京的安危更为重要，他要求僧格林沁在战事不利的情况下退保京师，继续设法截击敌军，而万不可在炮台与敌人拼命。
咸丰深知僧格林沁不畏死亡的刚毅性格，在谕旨中直接给他下达了离营的命令，并且说：“今有朱笔特旨，并非你自己畏葸害怕，有什么可顾忌的？如果你执意不念天下大局，只为自己的名节考虑，那才是有负朕心！”
即便有了皇帝的严令，僧格林沁也未打算照做。咸丰让他选择可靠人员代为防守大沽南北岸炮台，自己离营，僧格林沁却并未离开炮台，他任命直隶提督乐善为北岸炮台总指挥，自己仍驻守于南岸炮台。
乐善是蒙古正白旗人，因在第二次大沽口战役中立有大功而被提升为直隶提督。僧格林沁告诉他，万一北岸炮台守不住，可以撤出，但乐善却毅然将自己的提督关防大印交与僧格林沁，以示誓死保卫大沽的决心。受其感召，所部有千余人自愿留在炮台与敌人拼死一战。