1858年4月，英、法、美、俄四国公使，分率英船十余艘、法舰六艘、美舰三艘、俄舰一艘北上，陆续驶达白河口外。
4月24日，四国公使分别发出照会，要求清政府指派全权大臣前来海口进行谈判。英、法照会口气十分强硬，限令六天内必须给予圆满答复，并扬言：万一不能满足所提出要求，必定采取断然行动。俄、美公使则以“调停人”的面目出现，麻痹清政府。
咸丰帝接到英法侵略军及四国公使即将从上海北上的报告后，感到这次情势与前几年外国侵略者到天津要求“修约”有着显著不同：英、法两国调来兵舰较多，表明一定要通过武力来达到侵略目的；另外，英、法、美、俄四国同时北上，表明他们已联成一气。但是出于本阶级的利益，咸丰帝仍坚持把镇压太平天国革命当作头等要务，因此决定对外国侵略者采取妥协态度，在一定限度上满足他们的侵略要求。
对于英、法、美、俄四国相互勾结，合谋侵华这一新的形势，咸丰帝认识不足，仍对美、俄的所谓“调停”抱有幻想，颇费心思地去寻求对策，设法分解拆散四国在外交上的联合。但结果非但未使英、法所获得的侵略权益减少，反而使美、俄增加机会，以调停人身份从中渔利。
清政府派仓场侍郎崇纶赴白河口与外国侵略者会谈，但侵略者凭借武力，以崇纶职位不高、不握实权为由，拒绝会见。4月28日，清政府加派直隶总督谭廷襄为钦差大臣，前往大沽口办理交涉。英、法公使又以谭廷襄没有便宜行事全权资格为借口，断然拒绝与谭谈判。额尔金并于5月1日照会清政府，要求在六天之内发给谭廷襄全权证书，否则不再与清政府进行谈判。
5月18日，英法侵略军的战前准备工作已经就绪，决定于20日向大沽炮台发起进攻，然后进兵天津，并将这个决定通知了列卫廉和普提雅廷。当时美国代表卫三畏正在同直隶布政使钱火斤和审查中美草约。列卫廉得知即将开战的消息后，立即通知卫三畏，嘱其严守秘密，用一种“最和蔼亲切的方式”，不露声色地中止谈判。卫三畏继续同钱火斤和敷衍了四个小时，钱火斤和却毫无觉察，看到卫三畏“欣然而去”，不知是中了诡计，还自以为谈判进行得十分顺利。普提雅廷得悉消息后，则立即向额尔金表示：一俟英法联军船舰上溯白河，俄舰即随同前往；同时，从“道义”上全力支持英、法两国。
至5月19日止，陆续驶达大沽口外的英、法、美等国船舰已达30余艘，当日傍晚，英法侵略军“斯莱尼”号、“复仇者”号等16艘舰艇和20余只舢板，满载海军陆战队约2000人，驶进拦江沙内，“联络并泊，鸣鼓悬旗”，进攻炮台的征象已十分明显，谭廷襄等人也有“似欲接仗”之感，但可恨的是仍不作任何战守准备。
20日上午8时，额尔金、葛罗照会谭廷襄，要求准许四国公使前往天津。英军舰长把最后通牒递交清军大沽炮台守将，限两小时内撤出守军，交出炮台，否则将以武力占领。两小时后，英法侵略军两队炮艇开进口内，同时向南北两岸炮台发起猛攻。
当时，清军北岸炮台由游击沙春元率部防守，南岸的主炮台由总兵达年和游击德魁率部防守，左炮台由都司讷勒和等率部防守，右炮台由游击陈毅等率部防守。四座炮台共有守军3000余人，大炮200余门。由于战前咸丰帝曾下令“不得先行开炮”，因此，直到英法侵略军已经炮轰炮台之后，南北两岸各炮台才开始还击。面对敌人的炮火，坚守炮台的爱国官兵奋起反击，先后击沉敌舢板4只，击毙敌官兵近百名。他们还重创法军炮艇“霰弹”号，致艇长丧命，另有11人负重伤。
这时，处在口外的英法侵略军旗舰“斯莱尼”号及其他主力舰只，也以大口径火炮猛轰炮台。北炮台的顶盖被击毁，南炮台墙身被炸塌，一些大炮被毁坏，炮台官兵大量伤亡，沙春元、陈毅也先后不幸中弹阵亡。11时，英法侵略军的两支陆战队乘舢板强行登陆，直扑炮台，守军奋不顾身地从炮台内冲出，与敌人展开肉搏战。他们舍身杀敌的壮举，使敌人大为震惊。
正当炮台守军与英法侵略军激战之际，谭廷襄、钱火斤和等却从大沽村乘轿逃奔，这种临阵逃脱的举动使炮台守军士气一落千丈。而当英法侵略军陆战队逼近炮台时，后路清军非但不予增援，反而讹传前军失利，造成兵勇惊慌失措，纷纷溃逃。虽然炮台守军孤军苦战，但由于武器陈旧、防御工事简陋，加之后继无援，各炮台终于相继失陷，大沽口被英法侵略军占领。
大沽炮台陷落后，英法侵略军炮艇溯白河而上，进犯天津。谭廷襄领兵退到新城后，斗志消沉，散布失败言论，极欲妥协了事。5月24日，他向咸丰帝奏称：“统观事势，细察夷情”，“不能战，不易守，而不得不抚”。接着列举了一套“不能战”“不易守”的所谓理由，最后得出结论：“明知不能战守而勉强为之，后患不堪设想。”同时，他又一改过去的态度，把希望寄托在俄、美的“说合”上，奏请准许自己“笼络”俄、美公使，企图利用他们阻止英、法两国的进攻，认为此着“较之用兵有把握”。他甚至擅自派人前往俄、美兵船联系，给予照会，探询议和之事。
26日，英法侵略军在白河两岸无一兵一卒防守的情况下，一路无阻地开进津郊。这时谭廷襄又借口“天津郡城残破，内无一日之水，又无隔宿之粮，城外廛肆毗连，河路错杂”，自动弃守天津。但英法侵略军并没有进驻天津城内，只是占据了城外望海楼一带。他们这样做，是想通过地方官吏勒索给养，并以不占天津当作向清政府诱和的手段，有意将天津留给清朝地方官吏管理。
侵略军在占领地区驱逐居民，抢劫农具衣物，拆毁民房，运进炮械，堵塞巷口，修筑工事。当地人民被迫流离失所，或几十人挤在一条小船内，或在乡间搭窝铺，甚至露宿路边。风吹露侵，食不果腹，加上疫病流行，人民生活困苦不堪。
侵略军的暴行激起了天津人民的义愤，他们纷纷起来准备抵抗。然而谭廷襄对人民举起武器抗击侵略者十分害怕，声称：“从来御外以靖内为先”，“非此不足以镇定人心”。因此他在天津纠集大盐商张锦文设立“商团铺民总局”，扩大天津地主、豪商武装。“商团铺民总局”成员遍布城乡，昼夜巡查，以镇压人民的反抗斗争。谭廷襄还指使张锦文设立“支应局”和“伙食船”，百般殷勤地向侵略者提供鱼肉、蔬菜、桌椅、床铺、车马、船轿等物，还搜集了1万多领芦席，为侵略者搭起凉棚。
5月30日，额尔金和葛罗通知清政府“另派头品可以主持之大臣二员，迅速前来共议”，“否则仍欲进京，并即攻击郡城。两日以内，听候回信。”与此同时，又派人探测北运河水道，做出一副准备进攻的样子。
怒不可遏
《天津条约》签定的第二天，咸丰便怒不可遏地诏谕罗？衍，命其立即激励团练，鼓舞公愤，大胆出战，实力攻剿，“不必因城中尚有官吏，致存投鼠忌器之心”。并嘱其虽系奉旨办团，但剿夷之举，仍当以民心义愤为词，不可自露带勇打仗之名，以免被洋人抓住把柄。此后，咸丰又多次密谕两广总督黄宗汉等，暗中统帅各乡，联络激励，以挫外夷之势，而振中国之威。
咸丰这种“不必官与为仇，只令民与为敌”的做法，既有顺民心，恃民力，以垂万世之基的民本思想，也有官力不足，不得已借助民力的苦衷。幻想用“明和暗剿”的方式来惩罚侵略者，以排泄他心头的怨恨。他甚至一厢情愿地以为，只要用这种“官与绅民貌离而神合”的斗争策略，激励沿海绅民，轰轰烈烈地声讨夷人背约攻城之罪，自己躲在幕后，就能将侵略者逐出中国，消弭《天津条约》于无形。
与此同时，《天津条约》像芒刺在背，使咸丰一刻不得安宁。列强兵船刚一起锚，他便急命僧格林沁火速来京，面授机宜，以布置海口设防。同时召回桂良等人，指示挽回条约的“内定办法”。
在洋人的眼里，年轻的咸丰皇帝是一个顽固的专制君主。1858年7月13日，上海某家报纸写道：
在惊慌失措之际，这个皇帝可能什么都答应。但是，当压力消散、舰队离开的时候，他的“法老之心”一定又会故态复萌。那种中国人的狡诈一定会肆无忌惮地用在回避条约的义务方面。
除了对中国人的恶意诽谤，洋人对咸丰的认识基本上是准确的。这个血气方刚的皇帝对“手枪抵在咽喉上”的城下之盟，非但没有屈服，而且时刻准备推翻成议，伺机报复。
这是第二次鸦片战争时期的又一个战场。
根据《天津条约》，中外双方约定在上海举行改订税则和通商章程会议。咸丰决意将这次商定税则作为中外关系的一大转折，所以在桂良、花沙纳等人离京前详细制定了一劳永逸之计。这个咸丰自以为得计的内定方法，就是用外国来华贸易全部免税来换取天津条约中的外使驻京、长江通商、内地游历和赔缴军费后始退还广东省城的四项条件，其中最为重要的就是公使驻京问题。咸丰愚蠢地认为，洋人来华的目的就是要通商获利，只要能最大限度地满足他们的欲望，洋人一定会感动驯服，所以他幻想用全免关税的条件来换取以上四款。
但这只是咸丰皇帝的一厢情愿。
在侵略者看来，清廷所要极力挽回的东西，也正是他们所要攫取的目标，美国公使伯驾说：“从遥远的地方无法驾驭中国政府，只有到了它的身边，它就会变得驯服多了。”一语道破了天机，侵略者坚持公使驻京的目的，就是要直接控制清政府，以便随时夺取更多的侵华权益。而英国则还有扩大在华影响，抵制沙俄势力南下的目的，所以英国公使额尔金亦坚持索取，他说：“如果没有公使驻京一项，《天津条约》是一文不值的。”
为了防止清政府毁约变卦，英人李泰国在天津谈判时便指名要江苏巡抚赵德辙和苏松太道薛焕为上海会议的代表，以摆脱忠实执行咸丰旨意的桂良等人，进一步扩大侵略成果。到上海后，英人未闻赵、薛二人奉有谈判之权，便以“复行北上”来要挟清政府明令指派。同时蛮横地要求清政府立刻撤销奉旨攘夷的两广总督黄宗汉等人，否则，拒绝上海税则谈判。
这种以武力为后盾，明目张胆地指定谈判对手，迫使清政府放弃“明和暗剿”的做法，使咸丰十分恼怒，但更使咸丰愤恨不已的是，桂良一行到上海后，还没有与李泰国等人会晤，便放弃了咸丰苦思冥想出来的“一劳永逸”之计，先是谈判大臣之一的两江总督何桂清向咸丰解释道：夷商与夷酋是两回事，如果尽免其课税，夷商固然乐从，但夷酋并不领情；而带兵犯顺，陷我城池者皆系夷酋所为，与夷商无关，应另筹转圜之法。接着桂良、花沙纳等又联名奏报皇上：即使把课税全免，不过夷商感恩，欲其罢弃全约，势必不行。然而对商务税则懵懂无知的咸丰帝依然固执己见，严谕桂良，仍遵内定办法，力图补救，非把公使驻京、长江通商、内地游历、赔缴兵费始退还广东省城四项废除不可。
咸丰为什么宁可全免关税也要取消这四项条款呢？其根本原因还是要维护清王朝的长治久安。以往只有进贡的使臣才允许进入京师，叩见天颜，而今如果允准这些“化外群番”长驻京城，与真龙天子平起平坐，那不仅是“千古未有之奇闻”，而且会严重地损害皇帝的尊严和威信，影响清政府对人民的统治。“一喜四海春，一怒四海秋，禁止令行，四夷来王”的封建统治，是咸丰和他的大臣们极力想恢复的世界秩序，而一旦允许洋人驻京，则祖宗的一统天下将立刻解体，肘腋之变会随时祸及天朝。所以，不论是在谈判过程中，还是签约以后，“市井闲谈，士大夫清议，无不以夷人驻京，为宗社安危所系，而惴惴不安。”再者，就是咸丰非常害怕外人与内地的反清势力，尤其是太平天国起义结合起来推翻他的统治，所以对长江通商和内地游历、传教等项也是忌讳颇深。
但是，洋人的态度也是十分强硬，“条约以外之事，均可商量，条约既定之说，万不能动”。结果，在英、法两国，也是在何桂清、薛焕等人的导演下，上海税则会议形式上只开了三天，即于咸丰八年十一月八日和二十四日，桂良等人代表清政府分别与英、法、美三国签订了《通商税则善后条约：海关税则》。
咸丰见桂良等人不仅没有挽回上述四项条款，反而增添了许多新的不平等款项，气愤已极，立时朱批道：“览此折不觉愤懑，尤堪痛恨！汝辈此行，不但不能消弭，反不如原约。”并大骂何桂清：“此次办理夷务，独存成见，不准他人入手，殊属胆大，是以视朕旨如弁髦，罪有浮于耆英者。”但何桂清却安慰他的主子说：“天津所定条约，以为退兵之计，而欲罢其议，为一劳永逸之谋，断非口舌能争，亦非微利能动，必得用兵方可，而此时宜不动声色，使之不疑，我则将天津海口水陆豫备齐全，候其来年赴北换约时，聚而歼之。”
咸丰望着案头上僧格林沁近日海口炮台工程告竣的奏报，何桂清的上述陈述不禁又使他怦然心动，一个“迟则有变，莫若先发制人”的歼敌方案，又在他的脑海中浮现了。
战争的阴魂又在凛冽的北风中游荡着，汇聚着……
咸丰八年五月，《天津条约》签订之后，咸丰帝一面筹划“一劳永逸”之计，派遣桂良等人南下进行改约活动，一面命令僧格林沁会同直隶总督瑞麟，于天津海口一带妥为布置。在咸丰的督促和支持下，僧格林沁等人先在距天津30余里的双港地方，择要扎营10座，修建炮台13座。接着又兴工修建大沽海口炮台，共安设铜制1.2万斤重炮2位，1万斤重炮6位，5000斤重炮2位，另安设洋铁炮23位。咸丰见数月之内，津沽海防已焕然一新，大沽与双港“一为前敌门户，一为后应藩篱”，布置已然周密，心头稍稍宽慰，传旨赏僧格林沁御用袍褂各一件，即交其子伯彦讷谟祜送往天津，以示嘉奖。同时把大沽炮台原设陆路弁兵1600名扩充为3000名，加强海口防御力量。
清政府在津沽一带大张旗鼓地设防一事，英、法两国早已探知，所以英国政府在给来华换约的新任驻华公使普鲁斯的训令中，就明确指示北上换约时一定要随带“足够的海军兵力”。同时，法国公使葛罗也主张武力换约，他称“中国皇帝是在枪炮威胁下接受这些条件的，其中有些对于他本人和他的庞大帝国，都是屈辱的，致命的，这些条件，只有在暴力下才能实现”。
显然，英、法侵略者要迫使咸丰妥协，接受不平等条约是不惜再一次挑起战争的。
咸丰九年五月（1859年6月），两位趾高气扬的公使到达上海后，发现皇帝派来换约的钦差大臣桂良等人已在上海等候，这是咸丰阻止各国进京换约的最后一次努力，他命桂良等人竭力开导，告以大皇帝派我等来此办理税则，负责对外事务的钦差大臣关防已由广东移交两江总督何桂清，所有上年和约并另立专条均在上海换约。若到天津，该处无人办理，且天津士绅业已团练整齐，不让轮船驶近拦江沙，如果到津船只或受损伤，我等不能负责；如果再开兵衅，则上年条约，必致全归罢议，对各国通商并没有好处。
咸丰的打算是，派桂良等与英、法另立专条，挽回最担心的公使驻京等四项条件，然后将《天津条约》和《通商税则善后条约》等一同在上海与列强换约。但英、法使臣拒绝与桂良等人在上海会面，执意北上天津。普鲁斯在给英国政府的报告中，气焰嚣张地说：“我们不得不在天津给予中国政府另一次教训。我一定要使清朝皇帝及其大臣相信，一旦我提出要求，就定要把它索取到手，如不顺从我的要求，我已准备凭借武力来索取。”
咸丰见阻止不行，又作退一步打算，急谕桂良等人兼程赶回北京，同时进一步调兵遣将，并命直隶总督恒福等照会英、法公使，指定他们由北塘登陆入京，兵舰不要驶入拦江沙内，大沽海口已处处设防，如轻易入口，恐致误伤。但狂妄的侵略者根本没有把大沽炮台放在眼里。咸丰九年五月（1859年6月），英国军舰15艘、法国军舰2艘、美国军舰3艘，士兵2000余人，气势汹汹地集结在大沽口外。英国海军司令贺布无理要求大沽守军在三天内将拦河的木筏、铁戗等障碍物撤去。英人威妥玛更扬言，“定行接仗，不走北塘”。咸丰见三国汹汹，来者不善，尽管不甘心接受城下之盟，但还是极力避免武装冲突，他命令僧格林沁等“切勿先行开炮，借以顾全大局”。此时，江南战事正酣，北方俄船强驶乌苏里江，欲图霸占中国领土。咸丰的心思是，只要夷船停泊拦江沙外，英、法各使少带从人，从北塘登陆至津，不得坐轿摆队，换约即去不在京师久驻，给大清天子一点面子，他还是能够优容以待的。
大沽口之战与天津失陷
咸丰帝对《天津条约》中的外国公使驻京一项感到十分屈辱，更不愿英、法公使进京换约。因此他命桂良、花沙纳仍在上海等候，准备英、法新任公使来华后，在上海进行换约，并命何桂清把这个打算转告额尔金。此外，鉴于海口防务松弛导致第一次大沽口之战惨败的教训，为防止英法侵略军再度闯入白河口，咸丰帝又令钦差大臣科尔沁亲王僧格林沁会同新任署理直隶总督瑞麟整顿天津海防。
1859年初，英、法两国分别派遣普鲁斯和布尔布隆为驻华公使（葛罗、额尔金已于3、4月间先后回国）。4月底，普鲁斯抵达香港后，即与西马縻各厘、布尔布隆密谋决定：北上的兵力不能少于1858年的数量，并预定英、法公使乘炮舰从大沽口溯白河直奔天津，然后进京与清政府换约。
这支联合舰队由新任英国侵华海军舰队司令贺布率领，共有大小战舰20余艘，军队2000多人，其中英舰19艘、法舰2艘、美舰3艘。6月中旬，各战舰相继抵达大沽口外海面。
6月17日，贺布率4艘战舰到达大沽口外后，派人知照清军，要求将安设在海口的木筏、铁戗等障碍物于3日之内撤除。清军未予理睬。侵略军联合舰队便连日进行侦察、破障，并抢劫商船、渔船，鸣枪发炮，恣意挑衅。6月20日，普鲁斯、布尔布隆和华若翰抵达大沽口外。
6月25日晨，贺布率联军舰艇13艘驶入海口，派两艘炮艇拆除设在海口里的铁戗。下午3时许，当第一道障碍物被拆毁后，贺布立即命令以英舰“负鼠”号为前导的联军舰艇蜂拥而上，向横锁海口的铁链冲去，同时各舰突然发炮，向两岸炮台猛烈轰击。已做好充分战斗准备的炮台守军忍无可忍，立刻向敌舰开炮还击。
战斗打响之后，南北两岸炮台守将直隶提督史荣椿和大沽协副将龙汝元率部集中火力，猛攻贺布所乘旗舰“鸿鸟”号，不久即击伤贺布腿部。贺布改乘“鸬鹚”号继续顽抗。
经过一昼夜激战，英法侵略军损失惨重，无力再战，只得再次南撤。此次战斗，清军爱国官兵击沉敌舰4艘，重创6艘，毙伤英军464名、法军14名，生擒2名。除贺布负重伤外，其副手伤重致死，法军司令也受了伤。侵略军败逃后，遗弃尸首一百几十具，舢板船3只，洋枪41枝，以及其他许多军用物资。
美国原先伪装“中立”，但在6月25日英法侵略军发动武装进攻时，便撕下了“友好”的假面目。在附近停泊的美国远东舰队司令达底拿竟发出“血浓于水”（意为同族亲于异族）的狂叫，唆使美军帮助英法侵略军进攻。贺布负伤后，达底拿亲自乘快艇前往战区看望，以示关怀，途中遭清军炮击，险些丧命。当英法联军舰艇搁浅时，他还派美国舰艇前去拖曳，以便使他们重新投入战斗。更有甚者，达底拿还命令美国水兵直接登上英舰，替代死伤的英国水兵发射枪炮，协助英舰逃离大沽口。
然而，当英法侵略军逃窜后，华若翰又重新打出“友好”的旗子，若无其事地谎称美军在大沽口之战中未出一兵，未放一炮。他还故作姿态，请求清政府指定路线，由北塘经津入京。后来他在回程中，于北塘与恒福互换了中美《天津条约》。
面对这样胜利的大好形势，腐朽的清政府也没有放弃“阳剿而阴抚”的软弱妥协方针，而是幻想以胜求和，仍希冀外国侵略者“悔悟转圜，以抚全局”。咸丰帝得悉英、法公使逃回上海后，忙命何桂清与他们进行谈判，同时又下令北塘口岸不加设防，以待英、法公使在此登陆，赴京换约。
1860年2月，英、法两国政府再度分别任命额尔金、葛罗为全权专使，并分别以克灵顿、孟斗班为英、法侵华军司令，组成新的侵华联军。联军由2.5万余人组成（英军1.8万余人，法军7000余人），配有战舰和运输舰200余艘（英国173艘，法国32艘）。
当年春天，克灵顿、孟斗班分率英法舰队驶抵上海后，即开始第三次北犯。4月，英法联军占领舟山，5月和6月，英法侵略军又先后各自占领了大连湾和烟台，对渤海湾形成封锁圈，并将这两处地点作为第三次进犯大沽口的基地。
6月间，美国驻华公使华若翰和俄国新任驻华公使伊格纳切夫先后赶到上海，他们表面上仍以“中立”“调人”自居，暗中却与英、法互通消息，竭力怂勇英、法向中国开战，以便再次从中渔利。