軍情緊急，劉永福向雲南告急，並無迴音。再向廣西催餉，亦無結果。餉銀就是朝廷所賞的十萬兩，指定由廣西藩庫墊發，徐延旭妒嫉劉永福和唐景崧的優旨褒獎，硬是不肯墊發，甚至連軍火接濟都停止了。這一來不但劉永福進關募勇的計劃落空，連向廣東「十三行」所買的四百桿洋槍，價款九千兩銀子都付不出，惹得商人大吵大鬧，最後迫不得已，只有出一張「領結」，備一角公文，請商人自己到廣西藩庫去「領價」。
黑旗軍還在愁兵愁餉，法國陸軍的斥堠，卻已迫近山西，幸好唐景崧奉旨所管帶的四營滇軍，到了三營。都是疲瘦短小的新兵，十個人分不到一枝洋槍，就有槍也不會用。不過，總算有了三營人。唐景崧跟劉永福商議，借他的旗幟號衣，將這三營新兵，全部換裝易幟，列坐在城牆外面。法國的先頭部隊，遙遙望見，心憚黑旗軍，不敢輕舉妄動。唐景崧的這齣變相「空城計」，總算有了效驗。
不過也只延宕了不多工夫。三天以後，法軍大舉進犯，水陸動用了十二條軍艦，四十艘民船，陸路有三千陸軍，後勤支援有五百車彈藥及夠一個月用的糧秣，浩浩蕩蕩，直薄山西。
調兵防守是由劉永福親自主持，陸路前敵由黃守忠扼守。山西城四門，亦都佈置了重兵，劉永福自己駐外城，唐景崧則駐內城，看守老營。至於黃佐炎的部隊，一共有兩千人，劉永福指定駐紮南門外的一個村落中，應該如何協同作戰，一無指示。
不但如此，劉永福還下了一道命令：禁止越南兵進城。
這是因為劉永福接到密報，說越南的山西總督阮廷潤私通法國，所以作此防範的措施。唐景崧不大相信，但黑旗軍大多這樣說法，也只好將信將疑了。
部署既定，劉永福召集諸將訓話，定下殺敵立功的賞格，然後與唐景崧巡視防務，主要的是北面紅河邊上的一條堤。堤高齊城，上設鐵炮，最大的不過八百斤重，要用它來轟擊法國軍艦，簡直是笑話！然而唐景崧怕動搖軍心，不敢說破。
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法軍水陸兩途，都自東北進擊。黑旗軍迎頭擋了一陣，打了個小小的勝仗，殺了七個法國兵，割下腦袋，進城報捷。那知緊接著報來一個壞消息，河堤失守，黑旗軍已退入城內。劉永福急急下令閉城，並用令箭調黃守忠的部隊，包抄法軍後路。等軍心稍定，查問河堤失守的原因，才知道法軍炮彈，恰好打入河堤上的鐵炮炮口，轟然一聲，炮口炸裂，堤下清軍聞聲大駭，倉皇四散，牽動了黑旗軍的陣腳，以致不守。
劉永福氣得說不出話，唐景崧心裡自然很難過，召集部下三營官密議，預備奪回河堤。於是招募死士，定下賞格，首先登堤的，保升守備，請賞花翎。到了四更時分，發動突襲，無奈這天剛好是十一月十五，月明如晝，鬚眉可見，堤上的法軍，得以展開有效的防守，三進三見，死了六七十個人，仍舊不能得手，只好退入城內。
轉眼天明。劉永福下令盡撤全城入城，準備固守。那知城門一開，信奉天主教，親近法國的越南「教民」，趁機混進城來，良莠莫辨，而且身為客軍，無從阻止。劉永福的禁令，無形中廢除，果不其然，第二天法軍攻城，彼此轟擊了一天，到傍晚時分，越南軍民裏應外合，改著白衣，作了投降法軍的準備。
大勢已去，黑旗軍只好撤出山西，往南敗退。倉皇中不知唐景崧人在何處？劉永福痛不欲生，懸賞二萬兩銀子，募人入城救唐景崧。應募的一共六個人，無功而返。其實唐景崧已經逃出山西，與劉永福相遇於興化，兩個人抱頭痛哭，商量著整頓潰卒，反攻山西。
這一仗輜重盡失，第一件事就是要設法補充子彈。派人到北寧請領軍械，及朝廷所賞的十萬兩銀子。結果廣西提督黃桂蘭，只撥了不足一戰之用的兩萬發子彈，賞銀分文全無。
虧得時逢冬令，紅河水洩，法國軍艦航行困難，未能南下，戰事算是暫時停頓了。