英法侵略军侵占广州，除对清朝的财政来源带来影响外，还没有直接威胁到咸丰帝的统治地位。因此，咸丰帝一面命柏贵“相机筹办，以示羁縻”，一面又命黄宗汉为两广总督，仍寄希望在广州就地解决问题。但英、法两国为了实现蓄谋已久的侵略目的，决定乘势北上，最终在大沽口战端再起，随之签订不平等条约。
（一）大沽口之战
英、法、美、俄四国公使经过一番紧张的谋划，立即携带照会北上。1858年2月11日，列强将照会转递清政府。英法照会内容大体相同，主要有外国公使进驻北京、开放新口岸、外国人自由进入内地游历传教、改订关税税率、保护教徒、赔偿军费和广州侨民损失等项。美国照会中表明，它没有参加广州之战，所以没有要求赔偿军费和损失，但其余内容同英法照会大体相同。俄国的照会是两部分，一部分是公开的，英、法、美都知道其中的内容；另一件则是秘密的，背着英、法、美三国的使节偷偷塞进公开照会的“附件”中，恶劣地要求清政府割让黑龙江以北和乌苏里江以东广大地区，还无理要求在伊犁地区分明界址，并且暗示这些要求是其他三国同意的。与此同时，四国要清政府于3月底以前派出有权力的钦差大臣到上海进行谈判。他们声称：如果清政府接受所提要求，可从广州撤军，交还广州城；否则，将举兵北上，扩大战争。
咸丰帝得悉四国照会后，并未同意其要求，且分别照会四国，要求英、法、美三国公使返回广州，与新任两广总督黄宗汉商办；俄国与五口通商素无关系，要求俄使到黑龙江与黑龙江将军奕山交涉。对于咸丰的这种态度，马士曾这样评价：“尽管在广州受过打击，尽管太平军的蔓延，尽管中国政府的无能已经充分证实，可是清廷却没有受到一点教训和减少一点它的骄气。”咸丰帝的态度使英、法、美、俄四国侵略者大为不满。他们认为天津是北京的门户，又是漕运枢纽，只要能够控制天津就可逼迫清政府屈服。于是决计北上，进犯白河口。事实上，在照会发出后，四国公使相继离开香港、澳门前往上海，临行前，俄国公使普提雅廷提醒英法两国公使，只有用武力进攻大沽口，清政府才会屈服。而进逼大沽口的最好时间是在四五月间。
1858年4月，四国公使率舰陆续来到大沽口外，当时，英法舰队尚未集中完毕，但额尔金进攻心切，不等舰队完全集中就要率舰闯入海河，进犯天津。葛罗对此提出异议，认为目前兵力不足，主张一面加紧军事准备，一面强烈要求清政府派出全权大臣进行谈判，待战事准备就绪后，再寻机使谈判破裂，然后向大沽和天津大举进攻。葛罗的建议被英、美、俄三国公使采纳。于是，各国公使分别照会清政府，要求指派全权大臣进行谈判。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。俄美的照会还表示愿意充当“调停人”。
面对这种形势，咸丰帝一面命令清军在天津、大沽设防，一面派直隶总督谭廷襄为钦差大臣，前往大沽办理交涉。同时，咸丰帝对于英、法、美、俄四国相互勾结合谋侵华这一新的形势认识不足，仍对美俄的所谓的“调停”抱有幻想，把问题解决的希望寄托在俄美公使的“调停”上，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。
英法侵略者并无谈判诚意，只是以此拖延时间，加紧军事准备。在一切准备就绪后，5月20日，侵略军突然闯进大沽口，炮轰大沽炮台。驻守炮台的官兵奋起抵抗，与侵略军炮战两小时，由于直隶总督谭廷襄等文武官员毫无斗志，带头逃跑，加以炮台设施陈陋，使得大沽炮台很快失陷。侵略军占据大沽炮台后，直犯天津，26日，侵入天津城郊，并扬言要进攻北京。清政府急忙派遣全权大臣大学士桂良和吏部尚书花沙纳，赶往天津向侵略者求和。
（二）城下之盟：《天津条约》
1858年6月初，谈判开始。俄美公使则扮演“调停人”的角色，并利用“调停人”这一身份，以狡诈的手段，抢先与中国签订条约，而英法也随后将其提出的不合理要求以条约的形式确定下来。
1.俄美：抢先摘果子者
沙皇俄国原是一个欧洲国家。16世纪下半叶开始向东扩张，到17世纪中叶，把侵略魔爪伸到了黑龙江流域和贝加尔湖以东地区。1689年，中俄缔结了第一个边界条约《尼布楚条约》，规定以格尔必齐河、额尔古纳河和外兴安岭往东至海，为中俄东段边界。从法律上肯定了黑龙江和乌苏里江流域，包括库页岛在内的广大地区，都是中国领土。到19世纪三四十年代，沙俄越过边界，在中国领土上修筑炮台、营垒，建立军人村。鸦片战争后，清政府忙于对付外来殖民者和镇压太平天国革命，造成了北方边疆防备空虚。俄国乘虚而入，加紧蚕食和非法占领黑龙江流域和巴尔喀什湖以南的许多战略要地。19世纪50年代至80年代，正是俄国资本主义迅速发展的时代。这一时期，俄国不断蚕食其周边地区，中国成为其掠夺的主要对象。1850年，俄国侵占了黑龙江下游城镇庙街。1854年至1856年，又三次派遣舰船，闯入我国黑龙江进行武装挑衅，并强占了海兰泡等地。而且，俄国一直在寻找机会，想用条约的形式把所占领的中国领土固定下来。因此，在第二次鸦片战争时，与英法不同，沙俄“选定了一个没有人能与它匹敌的领域——外交领域”，表面上充当调停人，采取趁火打劫和外交讹诈的卑鄙手段，趁机侵占了大片中国的领土，成为第二次鸦片战争期间最大的获利者。
1856年，在英法联军进攻广州之时，俄国派普提雅廷为公使，与清政府谈判边界问题。1858年5月22日，即英法侵略军攻占大沽炮台的第三天，沙俄东西伯利亚总督穆拉维约夫，突然率兵直趋瑷珲城，武力要挟重新划定两国边界，最终在5月28日，俄国用武力强迫黑龙江将军奕山签订了中俄《瑷珲条约》。根据这个条约，俄国强行割占了黑龙江以北、外兴安岭以南的六十多万平方公里的土地，只有江东六十四屯归中国管辖；原属中国的乌苏里江以东约四十万平方公里的土地，改为中俄共管。除此之外，俄国还夺取了黑龙江和乌苏里江的航行权，为自己开辟了黑龙江通往太平洋的通道。恩格斯在揭露沙俄侵华罪行时指出：俄国通过《瑷珲条约》“从中国夺取了一块大小等于法德两国面积的领土和一条同多瑙河一样长的河流”，因此“沙俄不要花费一文钱，出动一兵一卒，而能比任何一个参战国得到更多的好处”。
1858年6月13日，俄国与清政府签订中俄《天津条约》12款，除了从前旱路上的划定地点外，沿海路开放七个口岸：上海、宁波、福州、厦门、广州、台湾、琼州。若别国再在沿海增加口岸，准俄国一律照办；同时还攫取了内地传教、领事裁判权和片面最惠国待遇等一系列特权。在中俄《天津条约》第9款还特别规定，两国派员查勘“以前未经定明边界”，“务将边界清理补入此次和约之内”，以便日后解决，从而为沙俄进一步掠夺中国领土埋下了伏笔。此外，在中俄《天津条约》中还规定，要在一年内换约执行。
由于俄国所提的要求中没有公使驻京、长江航行一类清朝统治者极为敏感的要求，也没有提出在北京换约的问题，因此对于俄国的条约问题，双方签订得很顺利。而在清政府与英法之间的谈判中，英法态度强硬。为此，清政府还向军机处发出谕旨，向俄国公使提出，要其向英法说情。
1858年6月18日，清政府与美国签订了中美《天津条约》三十款。主要内容包括：一是美国表示，中美友好不因小事而起冲突，如果有其他国家对中国不公平，美国情愿协助调处。二是美国遇到紧要的事情，可前往北京，不过一年只准去一次，办完事就走，去时随行人员只准带二十人。三是除广州、潮州、厦门、福州、台湾、宁波、上海与美国通商外，其他国家所开口岸，也任由美国人前往贸易、居住。最后，条约中也规定，一年内互换和约来执行。
这样，美国也以调停人的身份攫取了巨额利益。
2.清政府与英法的《天津条约》
在英法提出的各项要求中，最叫咸丰帝感到头痛的是外国公使驻京、增开通商口岸、外国人可入内地游历传教几项。为了维护“天朝”尊严，必须绝对禁止外国人驻京。如果北京出现与自己地位平等、不肯跪拜的“夷人”，则完全失去了“天朝”的尊严，势将大大削弱对国内人民的统治。实行“各口通商”“内地游历传教”，则有可能使外国人同反对清朝统治者的中国人民“勾结”起来，后果将不堪设想。因此咸丰命桂良等一再讨价还价，不肯轻易让步，有时甚至想到在万不得已的情况下，对英法动武。但最终，在英国代表骄横要挟之下，桂良等于1858年6月26日、27日分别与英法订立中英、中法《天津条约》。中英《天津条约》共五十六款，附约一款；中法《天津条约》共四十二款，附约六款。主要内容是：外国公使常驻北京；增开牛庄（后改营口）、登州（后改烟台）、台湾（后定为台南）、淡水、潮州（后改汕头）、琼州、汉口、九江、南京、镇江为通商口岸；外籍传教士得入内地自由传教；外国人可在内地游历、通商；外国商船可在长江各口岸往来；修改税则，减轻商船吨税；对英赔款白银四百万两，对法赔款白银二百万两，等等。
此外，英、法、美、俄四国还与清政府在《天津条约》中商定，于一年之内在北京互换条约批准书。
《天津条约》是《南京条约》的扩大。英、法、美、俄四国逼迫清政府签订的《天津条约》的内容虽不尽相同，但因有享受最惠国待遇条款的规定，因此，四国从中国攫取的侵略权益，实质上是完全相同的。
《天津条约》签订后，英法侵略军达到了自己的目的，从大沽口撤出，清政府受到的武力威胁暂时得到缓和。