一、英法联军的组成
为了扩大侵华战争，英国巴麦尊内阁于1857年3月强行通过了一项增加军费和增援远东英军的提案。4月20日，巴麦尊任命原驻加拿大总督额尔金及其弟普鲁斯为正副全权专使，率特别外交使团来华。同时，从本土和毛里求斯、新加坡、印度等地共抽兵二千九百余人，组成远征军（以阿希伯纳姆为远征军海军司令），开赴中国。英国还照会法、美、俄等国，约其联合出兵。
当时，法国正在加紧侵略越南。法皇拿破仑第三等认为，和英国联合侵华，既可以换取英国对其侵略越南的赞同，又可以在中国捞到好处，因而欣然接受了英国政府的邀约。接着，法国政府以所谓“马神甫事件”①为借口，打着“为保卫圣教而战”的旗号，任命葛罗男爵为特命全权专使，率领一支法国远征军开赴中国，并训令其远东印度支那舰队司令里戈·德热努依里海军少将率舰队配合葛罗的行动。
美国本想通过侵略战争扩大其在华特权，猎取包大的利益，但由于其南部和西南部正在开展废除奴隶制的斗争，国内政局不稳，因此在接到英国的照会后，表示美国的全权代表愿意与英法代表一致行动，但不直接出兵。
沙俄趁英国挑起新的侵华战争之机，进一步加紧其侵占中国北方领土的罪恶活动，同时，派海军上将普提雅廷出使中国，以帮助清廷镇压太平军为诱饵，要求割让黑龙江以北乌苏里江以东和中国西部的大片领土。交涉失败后，普提雅廷悻悻而去，径赴中国南方，与英法代表合谋侵华。
1857年7月初，英国特使额尔金抵达香港。他的主要使命是：迫使清政府赔款和“在广州以及其它口岸完全履行几个条约的条款”，并同意英国公使驻京及修改各种条约等。英国外交大臣克拉兰敦给他的训令称：如果清廷拒绝英国的要求，就立即使用武力，采取以下一项或几项行动，即：封锁白河；占领扬子江口大运河的入口处；占领舟山群岛；封锁芝罘和其它中国口岸；切断大运河通过黄河的出入口；在广州上游登陆，占领城垣上方的高地，并切断其供应；在广州城的上方安置一支部队。①额尔金遵照英政府的训令，与包令、西马糜各厘等进行了谋划。包令等一致主张首先给广州以打击，迫使叶名琛屈服，从而消除同清廷谈判的困难。额尔金接受了包令等人的建议，决计先犯广州，取得讨价还价的条件，再向中国勒索。但因印度的人民起义（1857—1859年）正在蓬勃发展，额尔金于7月16日亲率其远征军一部赶赴印度（9月下旬才返回香港），因此，进犯广州的计划未能立即实行。
10月中旬，法国特使葛罗抵达香港。英法特使及双方海军司令等经多次协商，确定英法组成联军，采取一致行动，首先攻占广州，尔后北上白河。10月底，美国新任驻华公使列卫廉到达香港，与英法公使会晤。11月初，沙俄公使普提雅廷也由天津窜到香港，正式加入了以英国为首的侵华集团，为英法武装侵略中国出谋划策。
12月上旬，英法侵略者拼凑了一支由五千六百余人组成的侵华联军（其中法军一千人），集结于香港、澳门地区，加紧进行战争准备。
二、英法联军陷广州
在清廷“息兵为要”的方针指导下，叶名琛不仅不加强广州的防务，反而大肆裁撤团练兵勇。广州人民烧毁十三洋行商馆之后，叶名琛竟下令把所有团练乡勇赶出省城，原陆续聚集于广州周围的三万余兵勇，凡非坚守要隘者，全部被裁；陆路壮勇原约一万余人，被裁撤十分之几，所存者不及二千人。广东内河水师战船大部损失，非但不予添造，反而大加裁撤。虎门要塞被英军破坏的几座炮台，既不修整，也不重调水师驻守。直至获悉英国远征军开抵香港时，他才仓卒抽调部分兵力在珠江水路要隘布防，并派八旗兵防守广州城及城北炮台。
1857年12月12日，英、法公使分别向叶名琛发出最后通牒，要求入城、修约和赔款，并限十日内答复。对于英法等国相互勾结以及迫在眉睫的战争形势，叶名琛仍然茫无所知。他认为英国孤立，为法、美所不齿，并轻信谣传，说什么英国女王已命令其在华官员力求与中国“好释嫌疑，以图永久相安，毋得任仗威力，恃强行事。……断不准妄动干戈”，认定英国不会再行开战。①尽避英法公使已发出最后通牒，叶名琛依然不做任何战守准备。
在英、法公使发出最后通牒的同时，英法联军舰队便从香港出发，进犯虎门。因未遭广东水师的任何拦阻，故得以迅速突入珠江内河，兵临广州城下。12月15日，数十艘敌舰集结于珠江主航道上，集中舰炮火力轰击与广州城隔江相望的河南地方。接着，敌海军陆战队登陆，顺利地占领了该地，为攻打广州城夺得了立足点。
20日，联军舰队进泊广州五仙门外的珠江水面。额尔金和葛罗分乘炮艇从香港赶到。次日，他们与两国海军司令在法规上召开作战会议，决定于24日正午再次照会叶名琛等，限其在四十八小时内交出广州城，并将军队全部撤到城外三十华里的地方，否则武力攻龋
与此同时，英法侵略者完成了攻击广州的作战计划。计划规定：
1.27日至28日夜间，联军工兵连和爆破连登陆并占领二沙尾岛靠航道的登陆点。
2.28日拂晓开始，联军舰队的一百二十门大口径炮同时向城墙开火，在西南角、东南角和正南三处打开缺口，并以持续而缓慢的射击压制守城清军。
3.28日晨，海军陆战队登陆，分三路进攻广州城。中路由斯特罗本泽少将指挥英军和一部分法国水兵，主攻东固炮台，占领后派出云梯队乘夜抵近城墙，架设云梯；左路由里戈·德热努依里海军少将指挥法军，阻击从东门和郊区增援的清军；右路由西马糜各厘海军上将指挥英国水兵，阻击从城北各炮台支援的清军。
4.29日晨，全部大炮集中轰击城墙，摧毁城上的工事，尔后攻城。
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在英法联军兵临城下的威胁面前，叶名琛对战守问题仍漠然置之。26日，其部属纷纷建议添调兵勇，加强广州防务，他却以敌军不过是恐吓逼和为由，拒不采纳。番禺县令李星衢、南海县令华廷杰请求招募两县乡勇数千人，防备突然事变，叶竟说什么“谁添兵，谁给饷”。广州绅民有的自告奋勇，愿意自备粮饷军械，守城杀敌，叶名琛一概不准。27日晚，联军工兵连、爆破连占领二沙尾，攻城迹象已十分明显。就在这时，叶名琛却要全城文武官员到督署为他祝寿。他迷信扶乩，宣称乩语告知，十五日（12月30日）后便可无事。
12月28日晨6时起，三十二艘联军舰艇（英二十五艘、法七艘）的一百余门大口径火炮同时炮击广州城。叶名琛逃至内城粤华书院。清军乱成一团。广州城内大火熊熊，督署也成为一片废墟。
炮击开始后不久，英法联军约四千人，分别从二沙尾以及猎德炮台与东固炮台之间登陆。中路约二千人进攻东固炮台。驻防广州东门外的清军千总邓安邦率东莞勇一千人奋勇抵御。他们士气高昂，分散隐蔽于竹林和灌木丛中或坟墓后面，以各种火器打击敌人。防守东固炮台（有炮三十一门）的约七十名清军，在东莞勇的配合下，也发炮轰击登陆的联军。邓安邦统一指挥东莞勇与炮台守兵，同超过自己一倍的敌军鏖战大半日，最后在弹药耗尽和得不到外援的情况下，才被迫于日暮时放弃东固炮台。当晚，联军以舰炮及东固炮台的大炮继续轰击广州城。
29日晨6时，占领城东一带的联军在炮火掩护下，向城东北运动。防守城北五座炮台的总指挥、乍浦副都统来存率旗兵一部，坚守四方炮台。联军“冒死扑台，为长蛇阵直进，将近二千人”。①守台兵居高临下，发炮抵御，毙伤不少敌军。联军进攻炮台受挫，便转而攻城。斯特罗本泽指挥中路英军第59团，成散兵队形攻击小北门；西马縻各厘指挥右路英军水兵攻击大北门；里戈·德热努依里指挥左路法军攻击东门。广州守军依托城上工事阻击敌人。不久，联军中路主力攻入小北门。守城清军纷纷溃散，致使敌军迅速占领了观音山，控制了城内的制高点。接着，联军右路和左路部队相继攻占了大北门和东门。城墙上的清军退入城内，与敌展开巷战。下午2时以后，全城战斗停息。30日，广东巡抚柏贵和广州将军穆克德讷在广州西北城墙上竖白旗投降，在侵略军的威逼下，强令撤出城内兵勇。
1858年1月5日，叶名琛为联军所俘，被押往印度加尔各答，次年在囚禁中毙命。这是他坚决执行清廷“息兵为要”方针的可耻下常联军占领广州后，组成以巴夏礼为首的“联军委员会”，投降卖国的柏贵等在侵略者的监督下继续“任职”，为敌效劳。这是中国近代史上由外国侵略者用大炮制造的第一个地方傀儡政权。
三、广东军民继续打击敌人
在英法联军的蹂躏下，广州遭到了空前的浩劫。侵略军烧杀掳掠等暴行，激起了广东军民的英勇反抗。具有抵抗外来侵略传统的三元里一带群众，重建和扩大了原来的社学组织，募勇团练，并联络南海、番禺两县人民，在佛山镇成立团练总局，集义勇数万，坚壁清野，与侵略军展开针锋相对的斗争。东莞、花县、顺德等县人民，也纷纷组织团练武装打击侵略者。广州城外军民实行秘密分散的游击战，每于夜间以壮勇数百人，分路潜至城下，鸣锣呐喊，向城内施放火箭，惊扰和打击敌人。城内市民则经常三五成群地埋伏在侵略者出入之处，出其不意地袭杀敌人。1858年2月18日，佛山团练武装数万人，决定反攻广州，被柏贵破坏。但爱国军民的反抗怒火是扑不灭的，伏击和袭扰敌军的行动接连不断。6月3日，侵略军千余人分两路进攻广州城外的团勇：一路进攻驻榕树头的东莞勇；一路进攻驻三宝墟的新安勇。东莞勇在邓安邦率领下奋力迎战，毙敌军官一人，迫使敌军逃窜。新安勇与敌军激战数小时，毙伤敌军百余人。随后，东莞军民向侵略者发出挑战书：“我东莞勇，现驻榕树头，尔外人敢到此与我打仗，定杀尔片甲不回。”①6月6日，巴夏礼亲率英军千余前往，结果遭到伏击，死伤甚众，巴夏礼也几乎被俘。侵略军胆战心惊，龟缩城内，不敢轻易再出。佛山团练总局还发动香港大罢工，号召在香港、麦高（澳门）等处为外国人教书、办理文案以及雇工杂役人员，概行辞职回家，使洋人各项经济活动陷于停顿。香港同胞还以极其秘密巧妙的方法劫杀英人，使其不得安宁。