炮声一响，清军炮台上的大炮立即还击，于是，几乎是同时，双方所有的大炮都开始了最猛烈的射击。
这是中华帝国的战争史上罕见的炮战，数百门火炮发出震耳欲聋的爆炸声，炮口喷出的火光映红了帝国北方这片荒凉的海岸。内河河面上，近海海面上，陆地的田垄中和高大的炮台四周，泥土飞溅，硝烟升腾，一片火海。
清军官兵斗志是高昂的，因为他们的炮火强度要比联军大得多。帝国炮台上岸炮的口径和数量是联军舰炮无法相比的，尽管清军平时训练不多，但在这个时刻，血性十足的帝国青年发射出的炮弹，把整个内河和海面都打开了锅。
在清军岸炮的猛烈射击下，首先受到重创的联军军舰是美国的“莫诺卡西”号和俄国的“高丽芝”号。这两艘军舰的舰长犯的是同样的错误：攻击开始前没有移动舰位。清军的大炮在天还没有黑下来的时候，已经瞄准了联军的每一艘军舰，其射击诸元已经经过精密的计算。只是，战斗打响前，除了这两艘军舰外，联军其他各舰都移动了位置，从而躲过了清军炮火的第一轮射击。俄舰没有移动的原因是俄国舰长轻视了清军的大炮和炮手。而美舰没有移动的原因令人疑惑，据说美军舰长在这天夜幕降临之前接到了华盛顿的指示：美国不参加战斗。理由是“不能向一个和美国处于和平状态的国家发起战争。”结果，俄舰中弹后立即起火，螺旋桨被打断，45名官兵负伤，16名官兵当场被炸死，其中有军官4人。而美舰“莫诺卡西”号更惨，舰长的“我们没有参战，军舰处在绝对安全的位置”的喊声还没落，清军的炮弹就准确地先落下来了，从天津租界逃上军舰并且正站在甲板上看热闹的美国侨民顿时死伤狼藉——美国人天真得可以，既然“不参加战斗”，把军舰开到战场上来干什么？
清军的第一轮炮火战果明显，但是接下去就是胡乱轰击了。与之相反，联军落在炮台上的炮弹的落点十分精确。清军夜间射击的技术低劣，加上各国军舰都是水面上的游动目标，命中率大大打了折扣。联军早在两个月之前就派侦察兵对清军的炮台进行了详细的侦察和勘测，炮台是固定目标，射击诸元早已经经过反覆计算。
这时，发生了一件严重伤害清军士气的事件：中华帝国最精锐的海军舰队北洋水师的鱼雷舰艇被联军俘虏了——只要叙述到中国近代史上中国军队与入侵者的战斗，这样的事件便时常突然出现，如鲠在喉，令人扼腕——战斗开始以后，帝国海军舰队官兵接到的是这样一道令他们无论如何也不可理解的命令：不准出击，不准开炮。
命令的下达者是北洋水师提督叶祖珪。
叶祖珪，帝国海军中的一名英雄般的战将。在六年前的甲午海战中，他是北洋海军的中军总兵兼“靖远”号管带，作战勇猛，身先士卒，以至青史留名。但是，在这个闷热的夜晚，他突然乱了方寸。他想到的不是罗荣光派专人给他送来的情报以及战斗开始之后帝国炮台所受到的压力，他知道如果北洋海军舰队出击，联军的军舰将处于两面受夹击的状态，战斗的胜负几乎不用猜想。可是，值此军情紧急之际，他偏偏想到的是六年前的甲午海战，他虽然在战斗中捨生忘死，但是因为威海卫的陷落和“靖远”号的被击沉，他受到了革职的处分，直到去年才官复原职。这个帝国的官员明白了一个听上去荒唐、但在帝国的官场上却屡试不爽的逻辑：战则无功，败则无过。
于是，在整个大沽口炮台发生战斗的时候，北洋水师的舰队一直停靠在一边观战。
帝国海军官兵眼看着炮台上的炮兵们单独作战，在联军舰炮的轰击下死伤惨重，不禁怒火中烧。长官命令“不准开炮”，于是他们就开枪。他们集中在军舰的一侧，使用轻武器向联军军舰射击。帝国的海军在战斗中充当的是陆军的角色，而且还是海军官兵们自发的。海军官兵的轻武器射击根本帮不上什么忙，反而招致了联军炮火的反击。叶祖■害怕自己的军舰受损失，急令舰队撤离战场。但是，英国的“牙鳕”号和“名誉”号军舰各拖着一条载有十名水兵的小船已经包围上来，北洋海军四艘德国造的鱼雷艇被联军水兵俘获并且开走了。而那艘无论火力还是吨位都不亚于英国驱逐舰的北洋水师现代化旗舰“海容”号竟然被英国水兵“扣留”，在这个闷热的夜晚始终没有发出过一道战斗命令的叶祖■被爬上军舰的联军官兵俘虏了。
战后，被联军水兵开走的帝国海军的四艘鱼雷艇，始终没有归还，后来才得知，鱼雷艇分别被俄、英、法、德四国当做“战利品”分了。
联军消除了帝国海军的威胁，便开始对炮台进行全面攻击。
在罗荣光的指挥下，帝国的炮台官兵誓死一战。
在联军炮火的轰击下，炮台开始破碎，血肉横飞中，帝国的炮兵们疯狂了。他们经过暂短的实际战斗，开始对大炮的性能熟悉起来。凭藉着他们的聪明和勇敢，在黎明前最黑暗的时分，战果开始鼓舞人心：俄舰“基略克”号为了给其他军舰指示射击目标而打开了探照灯照射炮台，结果招来下雨般的炮弹。桅楼首先中弹，官兵被炸飞。更严重的是弹药库中了一弹，引发了惊天动地的巨响，大沽口海面上顿时大火沖天，“基略克”号的整个甲板被掀翻。紧接着，又有一发炮弹命中了它的水下部份，于是它彻底地失去了作战能力，舰长不得不命令抢滩。全舰8人死亡，40多人负伤。