下午3时左右，海口第一道障碍物被拆毁，侵略舰队立即向封锁海口的铁链逼进，并炮击两岸炮台。早已整装待发的清军随着指挥官一声令下，一起开始猛烈射击。受到攻击的英、法侵略者前被拦江铁索阻挡，左右有水中障碍物阻塞，乱成一团，急切之间难以调整队形组织有效反击。清军抓住有利战机，充分发扬火力，猛烈轰击。经过一个多小时的炮击，英、法侵略军包括旗舰在内的4艘军舰被击沉，其余参战的军舰也全部被击伤。见势不妙，卑鄙的联军竟然竖起白旗诈降，一旁的美国舰队司令达底那海军准将也急忙率舰队支援英法联军。
利用诈降缓过气来的联军舰队在美军的支援下，调整部署后，继续向炮台攻击。下午5时，英、法海军陆战队千余人，分乘帆船、舢板20余只，利用舰炮火力作掩护，向海口南岸强行登陆，企图首先夺取南岸3座炮台。侵略军做梦都没想到的是，等待他们的是僧格林沁麾下的蒙古铁骑。在炮台炮火和蒙古铁骑的双层绞杀下，登陆的侵略军死伤惨重，毫无进展。经过一昼夜激战，侵略的英、法联军遭到彻底失败，残部一直溃逃到杭州湾。
此次战役，是自第一次鸦片战争以来，中国军队所取得的最大的一次胜利。僧格林沁指挥有方，使联军12艘参战舰艇有6艘丧失战斗力，4艘被击毁击沉，参战官兵1200余人死伤过半。而清军仅32人伤亡，炮台轻度受损。
这次胜利，是晚清灰暗的历史天空上难得一见的一抹亮色，无疑会激起和鼓励无数爱国志士的热情和希望，使苦难的中华民族在那个不堪回首的历史时期不至于一直沉沦下去。
