6月3日至25日，前後曆時23天，關天培負責在虎門太平鎮銷毀了全部繳獲的鴉片。關天培因繳煙和銷煙有功，被道光帝賞加一級。
在義律等人肆意破壞繳煙、挑起事端時，關天培意識到有必要進一步做好反侵略戰爭的準備。5月，他再次擴建虎門海口中路的防禦工事。在東支武山和橫檔山之間的水麵上，安設了兩道木排和鐵鏈，設4隻劃船和120名水兵管理開閉，並在武山排鏈安放處新建了靖遠炮台。為了增強戰鬥力，關天培秘密購置了外國大炮200餘尊，使虎門炮台的大炮增至300餘門。準備戰船60餘條，雇用大舟20條，小舟100餘隻。這樣，廣東水師所轄洋麵400多裏，凡是有西方船舶來往的地方都節製防堵，連成一氣。關天培這一係列防務措施在日後多次打退英軍的進攻中發揮了很大作用。
1839年6月11日，英國侵華遠征軍陸續抵達廣東海麵，封鎖珠江口。英軍本來想在封鎖珠江口後破壞清軍江麵的防禦工事，進犯虎門要塞。可是，伯麥指揮的海軍艦隊剛一進犯，就被清軍參將賴恩爵發炮擊退。英軍見廣州防守嚴密，無隙可乘，加上英國政府的訓令中規定的作戰方案隻是封鎖珠江口，懿律就放棄了進占虎門的軍事行動。
1839年11月3日，義律為阻止英國商販遵式具結，即按照要求，保證永遠不夾帶鴉片到中國，挑起了第一次穿鼻之戰。
在這次戰鬥中，清軍雖然遭到英軍的突然襲擊，侵略軍的武器又先進，但是，關天培英勇督戰，首先擊中“士密”號的船頭，使船頭的英軍紛紛滾跌入海。炮擊中，“士密”號被打得帆斜旗落，狼狽而逃。戰鬥的結果，據林則徐的奏折：收軍之後，經附近漁艇撈獲夷帽21頂，其中兩項據通事辨認，是英軍軍官所戴的帽子，並且獲得英人的鞋子等物，而漂流在海上的英人的物品，則不計其數。
11月4日開始，不甘心失敗的英國侵略者在官湧一帶連續6次發起進攻。他們一麵調集大船從正麵進攻，一麵用小船載兵乘潮漲之機進攻清軍在海岸上的炮台。關天培指揮廣東水師，憑借有利地形和堅固的工事，打退了英軍的進攻，有力地打擊了侵略者的囂張氣焰，使他們既不能居住於澳門陸地，也不能處於尖沙嘴水域，隻好散泊於龍波、筲洲、赤瀝角、長沙灣一帶海域。
1840年1月，鄧廷楨調任閩浙總督，林則徐接任兩廣總督，繼續主持廣東的禁煙工作並積極備戰。
關天培和林則徐一道，進一步充實廣州的防務力量，並多次親自指揮廣東水師、水勇和漁戶，在廣州各海澳火燒英國走私船。關天培因整頓廣州海防卓有成效，再一次受到道光帝的嘉獎。
1840年8月，英軍在相繼攻陷廈門、定海之後，抵達大沽口，直接威逼天津和北京。道光帝在英侵略者的武力威脅下，派琦善去大沽口與英國侵略者會談，並委任琦善為欽差大臣，赴廣州與英國侵略者談判。
11月，欽差大臣、署兩廣總督琦善到達廣州。他一反林則徐、鄧廷楨和關天培的作法，大肆獻媚於侵略者。他按英方的要求，撤除海防，把沿海的防禦工事拆盡，甚至將海防重炮炸毀，拆除按關天培的建議設置的江底暗樁和江麵的木排鐵鏈，裁減兵船三分之二，遣散林則徐、鄧廷楨招募來的水勇，而且還讓英軍入內河偵察水深和地形。
關天培見此情景，深感不安，多次密請添兵，守衛廣州海防前線——虎門，但琦善不僅不答應，反而聲稱要追究擅自開炮者的責任。
琦善賣國投降的做法使英國侵略者得寸進尺，氣焰更為囂張。
1841年1月7日，在門戶洞開的情況下，英軍2000多人、軍艦20多艘，突然向虎門要塞的第一道防線——沙角、大角兩炮台發起猛烈進攻。盡管副將陳連升一再飛書告急，琦善就是不增派一兵一卒，致使守軍全部壯烈殉國，兩炮台失守。這一惡果是琦善一手造成的，但他卻無恥地嫁罪於關天培，以至於道光帝竟下令處分關天培，說關天培平時督率無方，臨時又倉皇失措，革去關天培的頂帶，讓他戴罪立功，以觀後效。
大角、沙角炮台陷落，虎門的形勢更加危急。關天培再次派人去廣州痛哭求援。可是，英軍的大炮還沒有驚醒琦善的乞和夢，他還沒有真正了解義律的真正意圖和所玩弄的手法，因而仍然不增兵於虎門。
關天培麵對強敵壓境，增援無望，深知已深陷絕境，隻有以死報國。他將自己的幾件舊衣服和幾顆脫落的牙齒，裝入一個木匣子裏，寄回家中，表示守疆衛土，有死無二，故寄齒與衣，以絕生還之念。
道光帝在接到沙角、大角炮台失陷的消息後，於1841年1月27日，正式對英宣戰，任命奕山為靖逆將軍，赴廣東主持軍事，並從各地調集兵丁15000多人，前往廣東對英作戰。義律得知這一消息後，立即準備進攻虎門和廣州。