6月16日，935名联军士兵偷袭登陆，埋伏在炮台后侧，28艘军舰开往炮台火力射程之外停泊。当晚8时，联军向炮台守将、天津镇总兵罗荣光发出最后通牒：限于第二天凌晨2时交出炮台。罗荣光已决心死守，断然拒绝联军要求，并誓言："人在大沽在，地失血祭天。"
大沽南北两岸共有4座炮台，共安装各种火炮134门，这些火炮大都是克虏伯、阿姆斯特朗式和国内仿制的产品，威力极大。罗荣光麾下有淮军6个营和一个水雷营，共3000余人。此外，在海河口内还泊有北洋海军的"海容"号巡洋舰和"海龙"号等鱼雷艇4艘。
6月17日凌晨2时，10余艘联军舰艇在探照灯的照射下，用大炮轰击大沽炮台。罗荣光沉着应战，与副将韩照琦率领守军奋勇还击，击毁敌舰5艘。黎明时分，联军大炮击中左营弹药库，引发剧烈爆炸，北岸两座炮台遂被占领。
