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一八五九年英、法、美等国借口换约派军舰北上，六月二十五日，英法联军强行闯入大沽口，并对大沽炮台进行炮击。清守军奋起抗击，重创英法舰队，致使英法联军狼狈退出大沽。此次大沽口之战，是中西交战史上中国方面取得的第一个胜仗。
大沽口之战的惨败，促使英法两国组织了更大规模的报复行动。一八六○年六月，英法再次组成联军，以进京换约为名，扩大侵华战争：英国方面以额尔金为特使，部队指挥官是贺布·格兰特（HopeGrant）；法军方面以葛罗男爵为特使，部队指挥官是蒙托邦（Montauban）。两军总人数在两万人左右，其中英国约一万一千人，法国约七千人。同年八月，英法联军避开防卫严密的大沽，由北塘登陆，进而攻陷大沽，占领了天津。
在英法联军凌厉的攻势面前，咸丰皇帝变得惊慌失措，他一面派员前往天津与英法联军议和，一面急令负责大沽和天津防务的僧格林沁率部退守通州，设法阻挡英法联军进入北京。
兵临城下
天津会谈，英法联军趁着军事上的胜利把议和条件开到最高，提出了天津通商、索赔军费、带兵进京换约以及派巴夏礼先期进京查看房屋等要求。咸丰皇帝对这些要求非常震怒，他最不能容忍的仍然是英法特使进京入见一事。谈判遂告破裂，一八六○年九月，英法联军开始向通州进发，逼近北京。
这时候，咸丰皇帝内心的苦闷可想而知：列祖列宗中还没有哪一位像他这样被洋夷打到了家门口。得知英法联军准备进犯北京，咸丰皇帝的第一反应是命令僧格林沁“严密防堵”、“迎头拦剿”，甚至表示自己要“亲统六师，直抵通州。”后来的事实却表明，咸丰皇帝这样说只不过一时痛快而已，直到最后一刻，他也没有放弃和谈的希望。
在英法联军前往通州的路上，英国特使额尔金差不多每天都接到清廷方面请他停止前进的照会，老谋深算的额尔金一概不予理会。九月十四日，英法联军在距离通州不远的地方驻扎下来，这才派巴夏礼（HarrySmithParkes）和威妥玛（ThomasWade）前往通州拜会清廷派来的钦差大臣怡亲王载垣和军机大臣穆荫。在谈判过程中，英方代表巴夏礼旧事重提，要求进京后觐见皇帝，“亲递国书，立而不跪”。咸丰皇帝得知英法联军的新要求后，深感愤恨，表示“设该夷固执前说，不知悔悟，惟有与之决战。”但同时他仍然希望谈判“不值因礼节而决裂。”咸丰皇帝的这封上谕还未及到达钦差大臣载垣等人手里，前方已经开战了。九月十八日，载垣等人不满巴夏礼的倨傲态度，命清军统帅僧格林沁拘捕了巴夏礼，同时跟巴夏礼一同被俘的还有英法外交官、随军记者、军人等共计三十九人。
清政府扣押谈判代表巴夏礼等人之事，令战争骤然升级。同一天，英军发起攻势，很快占领了张家湾。九月二十一日，清军两万五千名兵士跟英法联军四千人在通州和北京之间的八里桥展开了激战。事实上，这也是两军在这次战争中的最后一战。英法联军使用了当时最先进、最具威慑力的武器：英国人使用了亚姆斯特隆炮，法国人则使用了拿破仑炮，这两种火炮射程都很远，杀伤力极大。而清军骑兵手里的武器多是火绳枪、刀、矛、弓、箭之类，清军在战斗中也使用了火炮，不过，清军的火炮固定在木架之上不能移动，射程也较敌方为小。尽管清军组织了多次勇猛的冲锋，但限于武器上的劣势，无法对敌军构成更为有效的打击。
八里桥之战持续了两个小时左右，双方均元气大伤。最后，僧格林沁所辖部队无法抵御敌方的强大炮火，终至溃不成军。英法联军方面也差不多耗尽了所有的弹药。激战过后，僧格林沁率残部退驻到安定门、得胜门以外，再也无法组织起像样的进攻，更无法担负防守北京的任务。至此，北京城完全暴露在了英法联军的枪口之下。
咸丰皇帝逃离圆明园（1）
八里桥之战，不仅挫伤了清军的精锐，也大大打击了咸丰皇帝的信心。就在八里桥战役后的第二天，即一八六○年九月二十二日，咸丰皇帝仓皇离开圆明园，逃往热河行宫。《庚申英夷入寇大变记略》记载了八里桥战斗的当晚的情形：“上在海淀闻败信，内外惊惧，彻夜匆忙，立传预备。”这是说，一听说部队吃了败仗，咸丰皇帝就连夜准备出逃了。
其实，咸丰皇帝早在英法联军由天津北犯之初，就萌生了离开京城的意思。九月九日，他在圆明园正大光明殿召见王公大臣，表示将“暂幸木兰”，由于遭到不少大臣的反对，几天后他又为此举换了个说法，美其名曰“统带劲旅，坐镇京北，遥为控制。”不料此言一出，招致了很多大臣更激烈反对。为了“息浮议，定民心”，他又连夜下谕旨表白说：“朕为天下臣民主，当此时势艰难，岂暇乘时观省？且果有此举，亦必明降谕旨，预行宣示。”而事实却相反，听到八里桥兵败的消息之后，他再也顾不得“预行宣示”，一心只想逃命了。
咸丰皇帝一生大概从来没有这么狼狈过。一八六○年九月二十二日这一天，正值秋分日，凌晨时分，咸丰皇帝先是来到圆明园的“鸿慈永祜”，向列祖列宗跪拜叩头，然后在勤政殿召见了包括恭亲王奕訢在内的五位王公大臣，决定由恭亲王奕訢留在圆明园暂时主政，主持北京的“抚局”。随后，他本人则带领部分皇族成员及亲眷随从护卫，从圆明园大东门出发，逃往热河行宫。当出逃的人群沿福海匆匆行走的时候，一个孩童突然发出“安乐渡、安乐渡”的叫声。这是咸丰皇帝四岁的儿子、后来的同治皇帝载淳发出的欢叫。平素时间，“皇帝在圆明园御舟徐行，则岸上宫人必曼声呼曰：‘安乐渡！’递相呼唤，其声悠扬不绝，至舟达彼岸乃已。”（《圆明园资料集》），此时载淳模仿的就是这种皇家所熟悉的、太平日子里的声音。据说，咸丰皇帝闻听之后，抚摩着载淳的头顶说“今日无复有是矣”，然后潸然泪下，周围的人也都凄惶不已。
《庚申英夷入寇大变记略》一文记述了咸丰皇帝一行的惨状：“銮舆不备，扈从无多。随行者惟惠王、怡王、端华、肃顺等，并军机穆荫、匡源、杜翰诸人。车马寥寥，宫眷后至，询迫不及待矣。是日，上仅咽鸡子二枚。次日，上与诸宫眷食小米粥数碗，泣数行下。”
咸丰皇帝出逃的当天，北京城的九座城门全都关闭，城内和城外交通断绝。尽管恭亲王奕訢留守在圆明园里主政，但是，六部九卿已经没有一处官署能够正常开展工作。曾经亲历事变的晚清名士李慈铭在《越缦堂日记》里记载：“车驾东出，宫眷惧仓皇行，人心大震。”时任吏部郎中的吴可读在《罔极篇》里写道：“是日，所有在京大臣眷口，及有力之家眷口，借移徙远避，车价贵不可言。雇涿州单套轿车，须银二十两，保定则三十两。”从这些记录来看，此时的北京城已经完全陷入一片恐慌之中。
北京的混乱局面完全是由于咸丰皇帝出逃造成的，其实，当时的危机远没有咸丰皇帝想像得那么严重。吴可读在《罔极篇》里分析说：“圣驾仓皇北巡，随行王公大臣，皆狼狈莫可名状，若有数十万夷兵在后追及者然。其实夷人此时尚远。”吴可读的判断是准确的。事实上，此时的英法联军也处于极大的恐慌之中。
八里桥之战，英法联军尽管人员伤亡不大，但他们差不多已经耗尽了所有的枪炮弹药和给养，亟等着后方的补充。他们不光没有能力攻打北京，甚至担心清军随时可能到来的攻击。法国特使葛罗在十月三日写给本国外交大臣的信中这样描述他们当时的危境：“若弹药像期待的那样明天运到，那我们就可向北京进发。我们已经不得不多次对中国政府假意示好，以掩饰我们的无能为力。”
不独如此，在英法联军的“后方”天津，城内根本没有驻军，城外仅有一个兵营留有数百人，另外，停泊在内港的五艘英法联军船舰，也仅有几百名兵士留守。如果此时清廷能够组织部队向弹药匮乏、粮草不继的英法联军发起攻击，战局极有可能颠倒过来。
可惜的是，皇帝出逃，官兵溃散，大清朝野上下已成一片散沙，毫无战斗力可言。更令人费解是，为了不影响朝廷办理“抚局”，清军兵营从朝阳门外东大桥一带，一直撤退到了德胜门外北顶一线，这样以来，北京城东北郊数十里区域之内，竟没有一兵一卒防守，任由英法联军侦察袭扰。李慈铭《感事》诗云：“夷酋方丧魄，廷议急和戎。”恰可形容当时的情形。
凡此种种，英法联军方面也感到奇怪，从任何角度来看，清军的表现都不像是一个有着悠久战术传统的国家军队所为，他们的表现更像“黔驴技穷”典故里的那头既不知已、也不知彼的“驴”。在以后的日子里，英法联军表现得更为跋扈和骄横，他们有理由这样做，因为他们再也没有遇到过任何有效的抵抗。后来，他们中有人回忆这场战争的时候，甚至把它形容为一场漂亮的征战，比作一次浪漫的“军事散步”。他们的胜利也确实来得轻而易举，可以说，是以最小的伤亡获得了最大的收益。
洗劫圆明园
御园“空城计”（1）
夷人直扑淀园，恭邸以下，仓卒出行，淀园想被蹂躏。
——翁同龢《翁文恭日记》）
从统帅到士兵，英法联军中几乎所有的人都是第一次来到北京。他们之所以敢冒兵家之大忌劳师远征，是因为他们有着强大的军事力量、以及畅通快捷的海上运输线作保证。早在开战之初，英法联军就预先定在冬季到来之前撤离中国，以免河流封冻军队无法出海。随着局势的复杂化以及天气渐渐转冷，英法联军开始对前景变得担心起来——他们此行的主要目的不是攻城掠地，而是要从清政府手里得到更大更多的特权和利益——他们担心当冬季到来的时候，他们与一贯巧于周旋推委的清政府达不成任何“协议”，不得不两手空空地撤离中国。
英法联军大概做梦也不会想到他们能够轻而易举地占领皇家御园
圆明园。这次意外的占领，不但使英法联军从官员到士兵全都发了财，而且也使英法联军手里多了一张打赢战争的王牌：通过洗劫、焚烧圆明园，英法联军彻底打垮了以咸丰皇帝为首的清政府的意志，并且得以以最快的速度，完成了他们这次行动所要完成的一切卑下的目的。
咸丰皇帝出逃前任命他的弟弟、二十八岁的恭亲王奕訢“为钦差便宜行事全权大臣，督办和局。”九月二十一日，恭亲王照会英国特使额尔金，要求言和，额尔金第二天复照拒绝，声称人质未还，决不议和。九月二十五日，额尔金又给恭亲王发来照会，说三日内放还全部人质并接受条件，联军可以停止前进，否则将一举夺取北京；恭亲王则提出联军先撤退到张家湾，然后双方再画押、换约，最后释放巴夏礼等人质。
在讨价还价的过程中，英法联军得到了半个月时间的休整，并充分补充了给养和弹药。而恭亲王在这宝贵的两周时间里，却没有做任何实质性的战守准备。他在十月四日给咸丰皇帝的奏折里仍在抱怨：“目下情形，战守均不足恃。……至僧格林沁、瑞麟等，屡次来函，总以军无斗志，深盼和议速成。相应请旨饬僧格林沁等及守城王大臣，激励军心，力求制胜之策。一面再由臣等设法补救，力保危城。”因此，当英法联军开始向北京进发的时候，清政府已经错过了打败联军的最佳战机。
十月五日，得到充分休整的英法联军进发到了北京城下。此时清政府方面没有人敢于出面与英法联军接触，倒是民间商人派出了代表前往敌营议和。《庚申北略》记载，八月二十日（公历十月四日），“商人乐姓平泉，开同仁堂者，邀集众商，备牛羊千头，往夷军犒师请和”；另据翁同龢八月二十一日（公历十月五日）日记记载：“商人乐平泉、王海捐备牛羊馈送夷人。”（《翁文恭日记》）。对此，英法联军的回答则是：“此国大事，岂商人所得与闻，须恭亲王来说话。”（《庚申北略》）
十月六日上午，英法联军从朝外三间房一带出发进犯京城。不过，他们并未贸然攻城，而是绕经东直门和安定门外向西北进攻，袭击驻扎在德胜门外的僧格林沁、瑞麟部队的后翼。结果，大清守军闻风而逃，不战而溃。英法联军从俘虏口中得知，僧格林沁部队撤退到了北京西北圆明园一带地方，于是决定向北京西北方向追击，消灭这支清军机动力量。
出发后不久，英国先头部队遭遇了清军大队骑兵，双方交火。很快，清军向西溃逃。英军因不明敌情，加之不熟悉道路，决定暂时宿营，先头部队在德胜门外土城关以西驻扎，大队人马则屯聚在黄寺、黑寺一带。
与英国军队不同，法国军队在行进的道路上没有遇到什么障碍，他们穿过海淀，一路向西北方向而去。后来，法国军队踏上了一条修整得十分漂亮的宽阔大道，周围的建筑与景物也较别处漂亮很多，到了黄昏的时候，法国军队沿着这条大道径直来到了圆明园的门口。而此时，受命留守圆明园的恭亲王已经闻风逃走；僧格林沁、瑞麟残部也已逃往西直门以南，或者清河以北；圆明园的数千名护军更是纷纷逃散。至此，昔日护卫森严的圆明园大宫门，已经是空空荡荡，守卫它的只有一群侍卫的太监，皇家御园圆明园成了一座名副其实的“空城”