兩艘炮艇輪流作業，很快就拉倒了十餘排鐵戧。在拆除第一片障礙區後，聯軍船隻蜂擁而上，又如法炮製地用炮艇撞擊第二片障礙區上的鐵鏈。
此次撞擊的效果不如先前理想，沒有馬上撞開，不過這有什麼關係呢？一次不行就兩次，就沒有撞不開的道理。
令聯軍一輩子都難以忘記的驚悚畫面就在這一瞬間，突然插了進來。
隨著僧格林沁一聲令下，大沽炮台上用來遮掩大炮的席子被全部掀開，齊整整的大炮如同變魔術一樣出現在人們的視野里。未等聯軍回過神來，炮彈便帶著中國軍人的憤怒，向入侵者傾瀉而來。
僧格林沁久經沙場，他所設計和督修的炮台處處考慮了實戰需要，其炮位都正對著海河入海方向，且南北兩岸炮台火力能實現交叉重疊，在前面負責拖曳鐵戧的兩艘炮艇因為剛剛拋錨，來不及後退，成了遭到轟擊的主要目標。一會兒工夫，兩艘炮艇的甲板上就已堆滿了屍體和受傷快要咽氣的官兵。
何伯大驚失色，他這才意識到自己上了僧格林沁的當，早知如此，就應該先進攻炮台才對。
英軍艦艇上備了很多葯，唯獨沒有後悔葯，何伯現在騎虎難下，況且己方還沒開炮，就死了一堆人，他們英軍什麼時候吃過這種虧？
何伯身居東印度及中國艦隊司令，後來還被授以海軍元帥，自然具備豐富的海戰經驗和應變能力，很快他就發現對手在火力上有著先天的劣勢。
大沽炮台上的火炮，按其最大射程可達到一千米，但精度不高，實際有效射程只有兩百米左右，也就是說，只要不在這兩百米的範圍之內，炮艇中彈的概率是很低的。相反，聯軍卻可以在兩百米以外，準確命中大沽炮台。
何伯立即下令所有炮艇開炮還擊，他要像第一次大沽口之戰那樣對炮台守軍予以摧毀式殺傷。
幸好僧格林沁對此早有防範。第一次大沽口之戰結束後，中國人很是鬱悶，想想土造重炮再如何不濟，給敵軍造成的傷亡也不至於那麼低。後來中方官員在登上英艦進行談判時，便有意進行觀察，由此得到了一個全新的發現。
原來英軍有一種很特別的防禦炮擊的方法，他們在戰前用棉被蓋住炮艇內側，以防止炮彈擊中後船板碎片爆裂傷人，同時還用消防龍頭不停地進行噴水，這樣就可以把傷亡降到最低。
僧格林沁聽聞後，馬上將這一思路運用到了新炮台的構建上。舊炮台是磚石結構，一個炮彈落下來，磚石碎片往往濺得到處都是，光這個就可以殺傷周圍好多士兵，僧格林沁轉而改用了三合土加高修築。
三合土相當於古代的水泥，除了比較牢以外，被炮彈擊中後，不會碎片四濺是它的一個顯著優點。由於這個緣故，聯軍的炮火併沒有達到他們想像中那樣摧枯拉朽的效果。
戰鬥中，將領們身先士卒，也是炮台處危不亂的重要保證。僧格林沁分別任用了史榮椿、龍汝元為南北岸炮台指揮。自與太平軍作戰起，史龍二人就鞍前馬後地跟隨僧格林沁征伐，皆為打過很多硬仗的勇將。在聯軍開炮時，他們始終在炮台督戰，眼瞅著炮彈就從旁邊飛過去，兩位前敵指揮看也不看，絲毫不把危險當一回事。
儘管大沽炮台並未在炮擊中傷筋動骨，但何伯卻誤認為已嚴重削弱了守軍的作戰能力，遂指揮炮艇繼續前撲。
第二片障礙區的鐵鏈也被撞開了。在何伯的授命下，聯軍炮艇實施分工，一部分負責將鐵戧拖開，其餘炮艇由何伯率領，開足馬力，準備一舉衝過兩百米的射擊範圍，直接向炮台發起攻擊。
見聯軍炮艇發起衝鋒，史榮椿和龍汝元親自點燃巨炮，對敵艇進行轟擊。有人勸他們回帳休息一下，二將眼睛一瞪：「什麼時候了，正是將計就計，挖坑把這些洋鬼子埋了的時候，還要歇什麼歇？」
所謂「將計就計」，是說洋鬼子太傻了，明明兩百米之外打不著他們，偏偏還要一頭闖進兩百米之內來送死。此時隨著潮汐進入低潮，海河水位不斷下降，炮台既居高臨下，雙方距離又如此之近，打得那個歡暢——在南北炮台連續重疊的轟擊下，炮艇上的洋炮手們被炸成了一堆堆碎肉，其火炮優勢完全喪失。
何伯嚴重低估了炮台的作戰能力和中國炮手的射擊水平，兩百米衝鋒區域成了聯軍的死亡集結地。所有衝進來的船隻無一能夠倖免，就連何伯乘坐的旗艇都被炮彈打中了，旗艇艇長中彈陣亡，炮艇甲板上堆滿了血肉模糊的死傷人員。
炮彈不長眼，身為艦隊司令的何伯自己也受了傷，他的腰部被彈片擊中，白色長褲上沾滿鮮血。緊接著，已負數彈的旗艇開始下沉，負傷的何伯只好臨時轉移到別的炮艇上去。
下午四點，包括旗艇在內，共有四艘聯軍炮艇被擊沉，其中有被擊中後直接冒著泡沉入水底的，也有像旗艇那樣，受損了不能移動，然後這裡漏那裡漏，慢慢沉下去的。
當天進入攔江沙的聯軍炮艇共有十二艘，除了這四艘嗚呼外，其餘也都傷痕纍纍。何伯見勢不好，趕緊下令將紅旗換成白旗，旗號由進攻變為投降。
這實際上是詐降，聯軍一邊打一邊逃，繞到了受損相對最為嚴重的炮艇後面，同時也沒忘記乘隙向炮台進行偷襲。