訥爾經額將炮台由兩座增加到四座（一座舊炮台廢棄不用），同時督造了一批重炮。第一年造了二十門銅炮，最小的五千斤，最大的七千斤，還覺得分量不夠，第二年又造八門萬斤銅炮，在當時中國所能鑄造的火炮中，這些重炮都屬於頂尖產品。除此之外，訥爾經額還陸續從直隸京師調來其他大小銅鐵炮，使大沽口的火炮總數達到了三百多門。
伴隨著炮台的重建，大沽炮台的駐軍也得到空前增強。在鴉片戰爭期間，尤其是吳淞失陷後，道光向天津的海防重地大舉調兵，駐守大沽炮台的兵力從原來的兩百人巨增到三千人，這還不包括後防應援部隊。戰後當然不可能駐紮這麼多人，但也常年保持在一千六百人的駐軍規模。
鴉片戰爭前，大沽並非海防重鎮，但是經過這次大規模建設，它已上升為北方最強大的海防基地，可以與廣州的虎門炮台相提並論了。
儘管大沽海防得到增強，但面對英法聯軍的威懾，包括皇帝在內，朝中仍然沒有人敢拍著胸脯擔保其固若金湯。
在沒即位或剛剛登基時，咸豐多多少少也是個憤青，這從他對待穆彰阿、耆英以及林則徐的不同態度上就可見一斑，然而在經歷過這麼多的挫折之後，他已經變得務實和清醒了許多。
如同廣州的葉名琛一樣，咸豐也知道在內患已如此嚴重的情況下，不能輕易冒跟外國開戰的風險，而且他還必須考慮到，自太平軍佔領南京後，運河漕運已被截斷，江浙兩省的漕糧都只能轉為海運，即從上海出發，經大沽運入京津。一旦大沽陷落，京津將連糧食都無法保障。
咸豐如今的首選只能是「柔遠之方，羈縻之計」，說得直白一些，就是怎麼把洋人給哄住，能不打他是決不想打的，至少不能由己方第一個出手。
獲知英法聯軍兵發大沽口，咸豐急忙派戶部侍郎崇綺、內閣學士兼禮部侍郎烏爾棍泰馳赴天津，協同直隸總督譚廷襄與各國進行談判。
英國聽說來的是部省級官員，便以談判代表非相臣，不足當全權之任為由，概辭不見。法國看英國的臉色行事，英國不談，也不願談。只有美俄本來是撿便宜來的，抱著能撿多少是多少的心態，還肯與中方往來。
實際上英法自發動戰爭以來，所遵循的一直是英國首相巴麥尊的指示，即「不但要讓中國人看到棍棒，還得使他們體會到棍棒打在肩上的那種感覺」。攻陷廣州更使英法從中嘗到了甜頭，這兩伙人如今早就不是與你商談的口氣了，是你給得給，不給也得給！
英法隨時可能攻佔大沽，咸豐對此並不是沒有防備，他一邊派官員赴津談判，一邊也調去了援軍。天津守軍由此增至九千人，直接參与大沽口炮台防守的則接近兩千人，與此同時，咸豐還授命譚廷襄嚴加防範。
譚廷襄能做到直隸總督，無疑是文臣中的佼佼者，但他的缺點也和前任訥爾經額類似，沒有打過仗，缺乏必要的軍事經驗，對什麼時候可以開炮心裡都沒有數，還得請示咸豐。
譚廷襄起初以為既有如此多的兵勇和重炮，大沽還怕守不住嗎？咸豐為此專門發出警告，要他不得逞強先啟兵端，只有英法聯軍先開了火，這邊才可以進行還擊，總之，「釁端勿自我開」。
常言說得好，先發制人，後發制於人。咸豐君臣不是不懂這個道理，但從大沽口的獨特地形來看，他們確有進行自衛反擊的條件。
大沽的內河是海河（又稱沽河），在其出海口有一道攔江沙，繫上游泥沙淤積而成，為所有船隻進入海河的必經之地。不漲潮時，攔江沙水面深度不足一米，漲潮時雖近三米，但漲潮的時間很短，一會兒就過去了。
聯軍的大型艦艇無法通過攔江沙，非得用小舢板才能進入大沽口，而在海河之上，用重炮打擊小舢板，這肯定是沒有多大問題的，而且時間上也完全來得及。
1858年5月20日，英法聯軍發出最後通牒，限中國軍隊兩個小時內交出大沽炮台。
大沽乃平津門戶，怎麼可能說交就交？兩個小時後，在要求未能得到滿足的情況下，早已準備就緒的英法聯軍正式向大沽發起進攻，此役共投入二十六艘艦艇，參加登陸戰的英法官兵總計有一千一百七十八人。