渐黑，僧格林沁督率骑队赶至，即以火弹筒御之，每火光一亮，瞥见夷人，即排施枪炮。
蒙古骑队急欲迂回，僧格林沁不许，道：该夷枪利炮坚，吾鸟、抬、不及其一，遑论箭矢刀矛，冒然而上，徒增伤亡；荫蔽毙敌，待夷力疲，围而逐之。
两军战至凌晨，僧格林沁饬令全军出击，英法联军不敌，仓皇而退。此战，击沉英舰4艘，重创6艘，毙伤英法联军四百余名。清军直隶提督史荣椿、大沽协副将龙汝元以下38人阵亡。
僧格林沁偕恒福奏曰：该夷此次之败，率因骄傲欺敌。其意以为炮台营垒，唾手可得，水战失利，继之步卒。是该夷不信中国敢于一战。然夷人炮火，确亦坚厉；奴才叩请吾皇速派重臣至津，将天津各约，钤印置换，以绝后患。
咸丰帝谕令直隶总督恒福、直隶布政使文煜相机办理。又谕：石逆达开，兵逾十万，肆虐湘南；官文、胡林翼、曾国藩务必分兵援湘；曾国藩援湘以外，亦需力攻景德、建德，以分贼势。江南大营，饷裕兵众，和春别图他援；勿得轻听将士之言，稍分畛域；速遵前旨，迅拨江北精兵，前往天长，会同胜保，彻堵贼逆北进之路。
恒福接旨，与美国公使华若翰相商良久，于北塘钤印换约。
大沽口败报至英，英国泰晤士报报道曰：这是一次可怕的惨败，中国人打得漂亮，我们的确被打败了。
英国首相震怒，即召内阁大臣，议会八日，决议增兵中国，攻占北京，以作报复。会后，英国首相即命邮政大臣、前驻清国公使额尔金速作战备；法兰西亦随英格兰之步履，相机而动。