1857年12月12日，葉名琛突然接到額爾金髮來的通牒。
這是一份沒有任何預兆的最後通牒，上面要求葉名琛讓出廣州城及沿江的所有炮台。葉名琛當然不能同意，要不然就等於舉手投降了，但留給他的時間已經不多了，確切地說，只有三天。
12月15日，英法聯軍向廣州炮台發起進攻。這些可憐的炮台大多徒有虛名，不過靠殘存小炮苟延殘喘而已，在英法聯軍的進攻下迅速淪陷，有的炮台官兵知道抵抗無益，索性將炮埋起來，以免落入敵手，然後大家各奔東西，四散逃命。
攻下炮台後，額爾金並沒有馬上進攻廣州。因為他注意到，雖然短時間內，葉名琛無法將出城控制產糧區的官兵抽調回來，但廣州城仍有相當數量的部隊駐守。
廣州城內的兵勇已有所增加，增加出來的是募勇，葉名琛此前已經把財政里剩下的最後一點錢拿出來，全部用於招收募勇，以補充防守兵力的不足。
額爾金擔心硬攻會出現過多傷亡，決定先用英艦對廣州進行炮擊，探探路再說。
英法聯軍動用艦艇上的兩百多門火炮，對廣州進行了連續炮轟，一時間彈如雨下，然而不管怎麼轟，廣州城上都沒有一炮用以還擊，與戰爭初期截然不同。
聯軍開始實施炮擊時，葉名琛正在校場，就像戰爭剛開始時那樣，該做什麼還做什麼。當第一排炮彈打入城內，爆炸聲撼動全場，部屬人人變色，葉名琛仍神色坦然，且面帶微笑。
可是他心裡其實很明白，這次廣州城真的危險了——不還擊，不是不想還擊，而是城裡沒有大炮和炮彈。
由於得不到補充，守軍只能從軍火庫里把陳舊的鳥槍、大刀、長矛都倒騰出來，連沙灰、瓦片和石頭都成了作戰武器。
兩個星期後，額爾金認為時機到了，遂下達總攻擊令。1857年12月28日，英法聯軍實施登陸，進攻廣州，這時廣州城才開始組織英勇抵抗。
包令觀摩了全部作戰過程，他揚揚得意地說葉名琛是在以「野蠻時代的兵器」對抗英法聯軍，其結果如何，是毫無疑問的。
結果的確只有一個，然而過程亦稱壯烈，許多中國官兵浴血奮戰，英法聯軍傷亡達一百一十一人（也有學術資料認為應是一百二十八人）。
守軍應該可以打得更好，但是關鍵時候，葉名琛身邊缺少如沈棣輝一般的得力將佐，扯後腿的貨色倒是有好幾個。
廣東巡撫柏貴和廣州將軍穆克德訥本該全力協助葉名琛，但在廣州失陷之前，二人就早早地做了軟骨頭。他們暗中派人與西摩聯絡，表示願意上折彈劾葉名琛，並將奏摺草稿先行給英國人過了目。
葉名琛雖不知道這兩個傢伙如此下作，然而他對自己孤身迎敵的處境已非常清楚，後來曾用一首詩來追憶這段經歷：「縱雲一范軍中有，怎奈諸君壁上看。」
「范」指的是北宋的范仲淹。這位寫下「先天下之憂而憂，後天下之樂而樂」的名臣，文武兼備，曾是北宋時期的邊塞一柱，西夏軍隊對之最為懼怕，因此才有「軍中有一范，西賊聞之驚破膽」的說法。
葉名琛的悲涼和無奈可以從詩中一覽無餘：即便有范仲淹那樣的傑出人才穿越過來，看到這麼多人都在旁邊當閑客，他也只能束手無策吧。
12月29日，抵抗終於失敗，廣州失陷了。
當英法聯軍攻城時，城頭上根本看不到穆克德訥的影子，聯軍入城後，這位將軍不是組織抵抗，而是張皇鼠竄，從一個房間逃到另一個房間，最後被法國兵從柜子里給拖了出來。
包令對葉名琛恨之入骨，非擒之或殺之才能後快，他最擔心的就是葉名琛會效仿兩個軟骨頭出逃或藏匿。
事實上，葉名琛可以逃走的借口和機會太多了，因為他是一把手，廣州城內沒有人能制約他。比如，他可以將廣州防務扔給下屬，然後出巡省內各地，又或者想再跑遠一點的話，還可以率兵去廣西作戰，反正那裡有的是洪兵給他「剿」。
葉名琛不是不知道形勢有多麼危迫，此前他已將家眷送出廣州，但他本人始終沒離開過廣州城半步。
在聯軍正式向廣州城發起進攻時，密集的炮彈像雨點一樣落進督署。隨從嚇得到處亂跑，葉名琛端坐議事廳內，鎮靜地處理著文件，並且還不忘安慰旁人：「不要怕，炮彈都是一陣子的，過去就好了。」
城陷後，葉名琛仍有逃離的充足時間，家丁也勸其離開，但他卻不為所動。