大沽戰事告捷，鹹豐帝大喜過望，忙令嘉獎前線官兵。而喜悅之餘，他又不免憂慮重重，擔心夷人再來挑戰複仇。連結的兵禍，是大清國無力承受的。鹹豐便又心生一計，想乘獲勝的機會，要求英、法按中美《天津條約》的內容辦理在上海的換約。不過，鹹豐的計策很快又被侵略者的槍炮聲淹沒了。
英法卷土重來京津陷落
在第二次大沽戰事中吃了虧的英、法聯軍，又於1860年2月卷土重來。這次英國重新任命額爾金為全權專使，會同法國公使葛羅，以克靈頓、孟鬥班分為英、法侵華軍司令，組成了新的英、法聯軍。共由25000多人組成，其中，英軍18000多人，法軍7000多人，配有戰艦和運輸艦200多艘(英艦173艘，法艦32艘)，是上次戰事的10倍以上。
克靈頓、孟鬥班分率英、法艦隊從上海開始第三次北犯。先後占領舟山、大連灣和煙台，對渤海灣形成了封鎖。並以大連和煙台作為進攻大沽口的基地。
這時，美、俄公使華若翰和伊格納切夫也連忙趕到上海，表麵上仍打著“中立”、“調停”的幌子，暗中卻與英、法互通消息，竭力慫恿英、法向中國開戰，以便再一次從中漁利。伊格納切夫還把自己以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、法聯軍的頭目。
1860年7月底，英、法聯軍全麵出動，集結於大沽口外。沙俄公使伊格納切夫已經先期到達，並率領4艘俄國軍艦到處活動。他們在北塘以上岸購買食物為名，刺探沿岸設防情報，發現北塘毫無戒備，沒有設置任何障礙，便建議英、法聯軍乘隙首先進攻北塘。原來，清政府負責天津海防的僧格林沁，把兵力和裝備大部分集中在大沽炮台，而認為北塘水淺，附近多為鹽灘，敵軍大船難以靠岸，便對北塘不加防守，僅在北塘後方的軍糧城配備了一支輕騎兵。這個軍事部署的失誤，無疑給英、法聯軍以可乘之機。
在沙俄公使的建議下，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、法艦艇30多艘、陸戰隊5000人，駛抵北塘口，趁防守空虛，未發一槍一炮，就順利登陸，並占領了北塘鎮。鹹豐帝獲悉後，深感事態嚴重，急忙命令恒福妥善籌辦和議。7日，恒福便照會額爾金和葛羅，要求約定時間、地點進行談判，遭到他們的拒絕。英、法公使還強行要求清軍交出大沽炮台。
12日，英法軍隊10000多人從北塘進攻新河和軍糧城，與清輕騎兵3000多人遭遇。中國騎兵手執馬刀與數倍於己並擁有洋槍洋炮的侵略軍展開激戰。他們分成小股，避開猛烈的炮火，前仆後繼，衝入敵陣，英勇衝殺，在聯軍的排槍射擊下，幾乎全軍覆沒，3000人的馬隊隻有7人生還。經過幾番周折，侵略軍才以重大的代價，奪占新河和軍糧城。14日，侵略軍5000人，動用了炮車200多輛進攻塘沽。塘沽守軍發炮還擊，奮力抵抗。雙方僵持了兩個多小時，守軍傷亡慘重。侵略軍乘機派一部分兵力泅水迂回到塘沽的後麵，前後夾擊守軍。在後繼無援的情況下，清軍被迫退歸大沽北岸炮台，塘沽失陷。
新河、軍糧城以及塘沽失守後，基本上割斷了大沽守軍與天津的聯係。英、法侵略軍一方麵把艦隊由北塘向大沽海口集結，集中火力從正麵猛攻；另一方麵從陸路攻打大沽口炮台的後麵，大沽炮台腹背受敵。
鹹豐帝正被南方太平軍攻克蘇州、常州，席卷吳中大地愁得焦頭爛額，一聽到塘沽失守，鹹豐不禁心驚膽戰，他首先想到的是京城安危，連忙下旨僧格林沁，不要“寄身命於炮台”，“以國家倚賴之身，與醜類拚命，太不值矣”。同時，他還派人前去北塘口，請求英、法公使進京換約。但這時才妥協卻為時太晚了。
8月21日淩晨，英、法侵略軍集中所有炮火，向大沽北岸炮台發動進攻。直隸提督樂善率領部下堅守陣地，奮力還擊，從早晨5點到8點，炮火始終沒有中斷。後來，由於各個炮台火藥庫陸續中彈起火，炮台上濃煙彌漫，守軍被煙火遮住了視線。乘著清軍炮擊轉慢的機會，英、法侵略軍萬餘人乘勢分為兩股向炮台猛撲了過來。樂善率領守軍用鳥槍、抬槍和長矛、弓箭拚死抵抗，並與逼進的敵人展開肉搏。官兵們奮不顧身，沒有一個人臨陣逃跑。當敵人已經深入炮台內部時，守軍還從附近房屋和草棚中射擊。經過幾個小時的激烈戰鬥，大沽北岸炮台陷落，主將樂善力竭捐軀，守軍大部分陣亡。這次戰鬥，清軍傷亡近千人，英、法侵略軍也遭到了重創，死傷400多人，其中包括17個英軍軍官和6個法軍軍官。