一、上海修约谈判
《天津条约》签订前后，清廷内部在是否全部接受侵略者的要求方面存在很大分歧。桂良等以英法联军“槍炮迅利”、“直隶库款支绌”、“天津以北，道途平坦，无险可扼”、“国家内匪未净，外患再起，征调既难，军饷不易”①等为由，主张迅速订约，以期息兵停战。吏部尚书周祖培等则反对接受侵略者的全部要求，特别不同意外国公使驻京，认为公使“一入京师，则一切政令必多牵制”。②咸丰帝一贯害怕外国公使驻京，只是由于侵略者兵临天津，京畿难保，为顾眼前利益，才被迫同意订约的。因此，当英法侵略军于1858年7月陆续南撤后，其态度又有改变。他深感大皇帝的尊严受到损害，特别是对外国公使驻京颇感不安，于是，要桂良等利用去上海同英法代表谈判通商章程之机，以全免进口税为交换条件，取消《天津条约》中关于公使驻京、内河通商、内地游历及赔偿军费等条款。10月4日，桂良、花沙纳到达上海，经过多方哀求，额尔金才故作让步姿态，答应英国公使驻于北京以外的地点，但可定期或按公务需要前往北京。于是，桂良等分别于11月8日和24日与英、法代表签订了《通商章程善后条约》。主要内容是：承认鸦片贸易合法化，将鸦片改名“洋药”；一般进出口货物，一律只征5％的关税；洋货运销内地或输出土货，一律只征2.5％的子口税；海关税务邀请外国人“帮办”等等。
二、清廷加强大沽防务
英法联军南撤后，咸丰帝接受惠亲王绵愉等人关于“天津海口一带，急应妥为布置”的建议，谕令以镇压太平天国北伐军而得宠的科尔沁亲王僧格林沁会同礼部尚书瑞麟（署理直隶总督）前往天津一带，加强海口防务。僧格林沁率京营及东三省蒙古马队各一部，自通州到达天津后，便会同瑞麟亲往海口查勘，决定加强大沽、双港等地的设防。同时，奏请清廷分别从吉林、黑龙江、绥远、直隶北部和京城抽调兵力前往天津地区，并重新恢复直隶海口水师①。到1859年3月，大沽口共有兵丁三千名。僧格林沁等恐新募兵栋难期得力”，“将京旗京营官兵抽出八百名，拨赴海口，分扎两岸炮台，即于新募兵丁抽出八百名，饬赴双港屯扎”。②此外，尚有副都统成保所率的哲里木盟马队五百人驻新城；头等侍卫布尔和德、二等侍卫舒明安所率的昭乌达盟马队五百人驻新河。整个大沽海口地区共有防兵四千人。
经过重建的大沽口炮台，由四座增至六座，每台守兵约四百人。海口南岸炮台三座，高自三丈至五丈不等；北岸炮台二座，一高五丈，一高三丈。各炮台的高度、宽度和厚度均较前有所增加。另在北岸石头缝地方新建高三丈的炮台一座，作为后路策应。六台共安设火炮六十门，其中有一万二千斤大铜炮二门、万斤大铜炮九门、五千斤铜炮二门、西洋铁炮二十三门。所有炮台周围均坚筑堤墙，堤墙之外开挖壕沟，竖立木桩。又在海口排列三道拦河铁链，配置铁戗，安设木栅，连成巨筏，以便拦阻敌舰。僧格林沁督饬各营官兵，“排列队伍，演放炮位，严密设防”。③
鉴于距天津三十余里的双港地势较高，河身狭窄，便于拦击敌人，僧格林沁等特在该处沿河两岸设兵营九座，驻兵六千人，修建炮台十三座，安设一万二千斤以下大小铜铁各炮八十一门。对于从大沽至山海关一线众多的海口，也本着“择要分布”的原则，分别在北塘海口、丰润的涧河口、乐亭的清河口和老田沟、昌黎的浪窝口和蒲河口以及山海关内的白塔岭、秦皇岛、小河口等处，部署了相应的兵力。其中北塘有一千六百人，山海关有三千人。另外，天津道府及沿海各县，还招募了团练乡勇共五万余人。
三、英法联军再次北犯
《天津条约》签订后，英、法政府仍不满足于从中国攫取的种种特权，叫嚷“条约中有关商务的条款不能令人满意”，蓄意利用换约的时机，重新挑起战争，向清廷勒索更多的权益。
1858年11月，英国以普鲁斯接替包令为驻华公使。1859年3月，英政府训令他把对华事务管理总部由香港迁往上海，尔后视情况在北京设立使馆，并拒绝清廷可能提出的阻止公使进京换约的任何企图。普鲁斯来华途中，在锡兰（今斯里兰卡）与从中国回国的额尔金共同议定了以一支雄厚的舰队“护送”公使进京的计划。4月26日，普鲁斯抵香港，6月6日到达上海。随后，与法国驻华公使布尔布隆等进行密谋。双方都拒绝同等候在那里的清朝全权大臣桂良、花沙纳会晤，决定再次北犯大沽，“不惜用武力来打开白河的大门，并继续向京城挺进”。①美国新任驻华公使华若翰也决定随同英、法公使北上，进京换约。
6月20日，三国公使到达大沽口外，与17日即已到达的英法联军舰队会合。
英法联军舰队由新任侵华英军海军司令贺布少将率领，共计舰船二十一艘。其中有英国“复仇”号等蒸汽舰七艘、炮艇十艘、运输船二只，载海军陆战队、工兵队一千二百余人，法舰“迪歇拉”号和蒸汽供应船“诺尔扎加拉”号，载海军陆战队约百人。另有“托依旺”号等美国舰艇三艘，随同行动。
6月21日，普鲁斯把打通白河口的任务交给贺布。在此以前，贺布已派人知照清军，要求将安设在海口的铁戗、木筏等尽行撤去。清军未予理睬。联军舰队便连日进行侦察、破障，并抢劫商船、渔船，鸣槍发炮，恣意挑衅。
四、清军大沽抗战获胜
早在1859年春，僧格林沁得悉外国公使执意要进京换约的消息后，就向咸丰帝提出了如下防御建议：“倘夷船一二只驶进海口，谨遵训示①，由地方官派员迎至拦江沙外，与之理论”；“设三五只以上蜂拥而至，是决裂情形已露，自未便专恃羁縻。……似宜以拦江沙内鸡心滩为限，……设竟闯入鸡心滩，势不得不慑以兵威，只可鼓舞将士，奋力截击，开炮轰打”。②咸丰帝基本同意这一建议，令僧格林沁“相机酌办”。不久，僧又提出：大沽海口布置均已周密，公使进京“不特不可令其经由，且不可令其窥伺”。③他建议让公使由北塘登岸，从陆路进京。这一建议也得到了咸丰帝的同意。
6月22日，咸丰帝得知英法联军舰船陆续驶抵大沽后，立即谕令僧格林沁严守海口，但“勿遽开槍炮，以顾大局”。同时，令新任直隶总管恒福等照会英、法公使，指定他们由北塘海口登陆，进京换约，不能随带兵船武器，不得多带随从人员。可是，侵略者并不理睬清政府的要求，坚持要以舰队沿白河上驶，武装护送公使进京。他们骄横地声称：“定行接仗，不走北塘”①。大沽炮台的防兵在直隶提督史荣椿及大沽协副将龙汝元等督率下，早就不动声色地监视着敌人舰船的动向，“炮台营墙不露一人，各炮门俱有炮帘遮挡，白昼不见旗帜，夜间不闻更鼓”。②
6月25日拂晓，贺布率联军舰艇十三艘，从拦江沙内距炮台约十三公里的水域向海口开进，炮艇都停泊在离铁戗不远的水面。海军陆战队已换乘从海湾抢劫来的帆船，待命行动。工兵队被配属到各炮艇上，分别组成特种小队，准备执行射击炮洞的任务。贺布的作战计划是：炮艇冲过横江铁链，在炮台的上方占据一个位置，以便两面夹攻；然后，在舰炮火力掩护下，海军陆战队从正面登陆，迅速夺取炮台。③
联军舰队在完成开进任务后，贺布便派英舰“负鼠”号和几艘炮艇强行拆除海口铁戗和木栅，开辟通道。这时，大沽海口两岸的清军怀着愤怒的心情，注视着敌人的行动，并作好了一切战斗准备。下午3时左右，海口第一道障碍物被拆毁，贺布立即令
“负鼠”号导航，旗舰“鸻鸟”号及其余舰只随后跟进，向横锁海口的铁链进逼，并发炮轰击两岸炮台。炮台守军忍无可忍，立即开炮还击，由于“围墙深厚，尚足抵御”，且“各炮台口门，适当夷船，与之相对轰击”①，守军炮火得以充分发挥威力。史荣椿、龙汝元指挥南北两岸炮台集中火力轰击贺布的旗舰。交战不久，联军旗舰“鸻鸟”号舰长拉桑上尉等多人被打死，贺布也身负重伤，改乘大型汽艇“鸬鹚”号继续指挥战斗。
激战至下午4时，参战的联军舰艇差不多全被击伤。旗舰“鸻鸟”号被击毁，舰上的四十名水手仅一人跳水逃脱。炮艇“茶隼”号和“庇护”号被击沉，“鸬鹚”号等几艘炮艇搁浅，贺布被迫逃到法舰“迪歇拉”号上。这时，史荣椿、龙汝元又指挥炮台守军集中火力轰击搁浅的炮艇，将“鸬鹚”号击毁。守台将士越战越勇，史荣椿、龙汝元等奋不顾身，亲自督战，不幸相继阵亡。
当战斗激烈进行之际，美国远东舰队司令达底拿乘快艇前往战区，看望受伤的贺布。在返回停泊水域时，遭到清军炮火的袭击，达底拿幸免于死，但陪同他的美国旗舰“托依旺”号的副舰长被打伤，舵手被打死。他目睹英法联军的惨败情景，认为贺布“已经无法逃脱并退出这场绝望的战斗了”②，遂派“托依旺”号从集结地域开进战区，去拖曳搁浅的炮艇，以便让英国舰艇重新投入战斗。他还命令美国水兵登上英国炮艇，参加作战，从而彻底撕下了“调停人”的假面具。
下午5时，贺布仍不认输，下达了登陆作战的命令。英军勒蒙上校率联军陆战队千余人，分乘帆船、舢板二十余只，由美舰“托依旺”号和联军的两艘炮艇拖曳，至海口铁戗以外不远的水面集结，尔后在舰炮掩护下，向海口南岸强行登陆，企图先夺取南岸的三座炮台。南岸炮台外为一片泥泞地，并有三道水壕。侵略军登岸后，一方面遭到炮台炮火的杀伤，一方面要在没膝的泥泞中艰难地匍匐爬厅，处境甚为狼狈。这时，僧格林沁立即调集火器营等的抬槍队和鸟槍队前往攻击，北岸炮台也发炮支援。联军登陆部队死伤枕藉，不得不停止前进，潜伏于沟壕中和土堆后面。黄昏时分，侵略军利用夜暗“伏地抢进”，炮台守军施放火弹、喷筒，借着亮光瞄准射击，杀伤敌人。联军陆战队只有少数人爬到了炮台下面的第一道壕边，但由于步槍已塞满泥浆，几乎都不能使用，运来的便桥又太短，无法架设，云梯也大都折断，无法攀登。守军集中火力向隐蔽在壕沟边的敌军射击，终于迫使其向海口撤退。直至半夜，联军陆战队余部才陆续爬上舰艇，撤出战常
激战一昼夜，联军遭到惨败，不得不再次南撤。此次参战的十三艘英军舰艇中，有六艘丧失了战斗力，有四艘被击毁或击沉。参战英军约一千二百人，死伤五百七十八人。参战法军约六十人，
1859年，英法联军再次进攻大沽，被守军击败。图为大沽炮台
死伤十四人。联军惨败的原因，客观上由于兵力不足（其参战兵力仅及清军的四分之一），但主要是由于骄横轻敌，情况不明。贺布错误地估计形势，以为仍象上年一样，大沽海口设防简陋，清军斗志不高，不足为惧。联军发起攻击前，虽然进行了侦察，但因清军隐蔽良好，无法窥探虚实。在情况不明及骄傲情绪支配下，贺布制定的作战计划，必然带有很大的盲目性，以致水陆攻击均未得逞，夺取炮台的尝试终以彻底失败而告终。
清军在这次抗击作战中仅伤亡三十二人，大沽炮台只遭到轻度破坏。这是自第一次鸦片战争以来，中国军队抵抗外国侵略军所取得的最大的一次胜利。这次胜利表明，尽避清军军事技术落后，战斗力不强，但在保国御侮的激励下，广大士兵和下层官弁还是能够勇敢抗战的，只要指挥得当，预有准备，是能够打败装备有洋槍洋炮的外国侵略者的。此次获胜的原因，还由于清政府接受了上次大沽作战失利的教训，在英法联军南撤之后，一面与之谈判，一面加强了战备，特别是改善了大沽海口的设防。此外，统筹津沽军务的僧格林沁亲临前线；史荣椿、龙汝元等将领沉着应战，待敌舰接近后，突然开火，集中轰击联军旗舰，使敌指挥失灵；南北炮台守军主动协同配合，打击登陆之敌；人民群众积极支援，等等，对于保障这次作战胜利，也都起了重要的作用。