英法进攻大沽乃是蓄谋已久的军事行动。
当英法美俄四国使者投递照会时，谭廷襄曾派遣武官驾小舟为他们做向导。英法自此便以汽艇和小舢板探水，对如何突破拦江沙进行研究。谭廷襄没有在军营待过，不知道其中的奥妙，既不禁止，也未加以必要的防范。
英法联军很快就在熟悉地形的基础上，找到了突破之法。谭廷襄以为联军过拦江沙必须换小舢板，没想到他们乘坐的是一种浅水炮艇，乃在广州试过身手的“小丑”炮艇的升级版。这种炮艇不用风帆，用蒸汽动力，所以多浅的内河都能应付，而且所装重炮也由两门增加到了三门至六门，火力更加强劲。
中国军队只盯着大型舰艇，没留意浅水炮艇已越过拦江沙进入海河。之后，谭廷襄仍依照咸丰的指示，人不犯我，我不犯人……
联军炮艇丝毫不管这一套。他们早在探水过程中，就已通过望远镜观察，弄清了大沽炮台的虚实。实战中，一排炮弹甩过来，便把大沽炮台给轰塌了小半边，炮墙无不破裂。
谭廷襄急忙下令迎击，守军非常英勇，炮台上的一个炮手倒下后，立即有新的炮手上去接替，仅仅一门火炮，就有多达二十九名炮手战死在岗位上。
但这个时候光勇敢没有用，火炮的优劣与否才是关键。
假如现在还是第一次鸦片战争时期，中国的“巨无霸”火炮对来敌还是很有威胁的，只可惜十多年过去，英法在武器上又有了突飞猛进的发展。
在克里米亚战争中，两个欧洲国家能够战胜俄国，在很大程度上，就是武器制胜：俄军用木制帆舰，英法联军用蒸汽铁舰，谁更吃得消炮打，一看便知。
当炮台上的炮弹打到炮艇甲板上时，不过是炸出一两个孔洞，远远达不到将其击沉的目的。炮艇就不一样了，它两面齐放，打得又准又狠，让你躲都没地方躲。
到当天中午，南北岸的四座炮台摧毁的摧毁，失守的失守，炮台指挥官也有多人阵亡，英法联军成功登陆。
英法联军登陆后，对战争胜负起决定性的因素也仍是技术优势，这同样可参照克里米亚战争中的场面：俄军用滑膛枪炮，没有膛线，命中率很低，英法联军已经装备了线膛枪炮，一打一个准儿。
论工艺质量，中国军队的枪炮尚不及俄国枪炮的一个零头，连英法联军的军医都知道，中国兵所用的鸟枪杀伤力很小，不仅打不准，往往还无法形成致命伤。这种情况下，仗能打成什么样，就可想而知了。
在令人惊魂的枪炮攻击下，守军死伤惨重，不可避免地出现了大溃退场面，在后督战的谭廷襄虽于阵前连斩两人，但仍无法遏制颓势，只得率残部撤往天津。
大沽口之战（又称第一次大沽口之战），英法联军死伤数为一百零九人，其中因为炮台火药库突然爆炸等原因，法军死伤的比例又较多一些，光军官就死了四人。仅就数字而言，英法联军的伤亡尚比不上第二次广州之战，而后者已经是两广总督叶名琛在山穷水尽的情况下所能做出的最后一击了。
中国军队一方，伤亡统计为四百六十一人，官军实力尚存，但士气已遭到极大挫伤。
大沽口失守时，北运漕粮才运了一半，仅靠运进来的这一半粮食，京津一带难以维持。同时，大沽是天津门户，大沽一失，天津极可能不保，而天津又是北京门户，也就是说京城本身亦面临着被攻击的危险。
1858年5月21日，咸丰急忙将僧格林沁调往通州，以防卫北京，他的叔叔、惠亲王绵愉也被搬出来救急，负责主持刚刚成立的五城围防局（清代把京城分为中、东、西、南、北五城）。
五年前，咸丰为了抵御太平军北伐，曾登台拜将做了类似的部署。当时僧格林沁和绵愉不辱使命，一举化解了危机，但这次就不一样了，毕竟英法联军的实力跟太平军不是一个档次，这点常识，咸丰还拎得清。更何况，此时前方刚刚吃了大败仗，士气严重不振，这时候就算把能打仗的僧格林沁请出来，匆促之间，要想靠他来转败为胜也异常困难。
5月26日，英法联军进逼天津，距北京近在咫尺。咸丰迫于形势，只得派大学士桂良、吏部尚书花沙纳赴天津谈判。
桂良作为大学士，自然符合英国对于谈判代表必须为相的条件，但他和花沙纳都是初次参加对外谈判，外交方面两眼一抹黑。为此，绵愉、大学士彭蕴章等人保荐已革大学士耆英，认为耆英熟悉外交，请咸丰弃瑕录用。