南路潰敗使僧格林沁分割敵軍陣勢的計畫徹底落空，他只得指揮所部通過八里橋向後撤退。聯軍為了阻斷僧軍的退路，立即集中炮火對八里橋實施了轟擊。
中國軍隊主要通過揮動旗幟來傳遞命令，一名英軍翻譯註意到，橋頭站著一位身材極為高大的蒙古旗手，他手執一面綉有黑字的大黃旗，不時將大旗指向各個方向，其間絲毫不顧子彈、炮彈在自己周圍呼呼作響，飛嘯而過。
不久，八里橋上就堆滿了屍體。這名勇敢的旗手也終於被一枚霰彈擊倒在地，大旗向一旁倒去，英軍翻譯看到，緊隨旗杆而去的，是「一隻緊緊抓住它的痙攣的手」。
戰後，很多聯軍士兵都嘆服於對手在戰鬥中表現出的無畏精神：「中國人和以勇氣鎮定著稱的韃靼人（此處應特指蒙古步騎兵）在戰鬥的最後階段表現得尤為出色……他們中沒有一個後退，全都以身殉職。」
僧軍主力撤至八里橋後方後，格蘭特經過對戰場的觀察，決定分兵一部從勝保軍退出的南路實施抄襲。幸虧左翼的蒙古騎兵及時發現了英軍的企圖，經過一番奮力衝擊，這才阻滯了敵人的兇猛攻勢。
在戰況不利的情況下，出於「嚴防京師」的考慮，僧格林沁率部退往北京城郊的皇木廠。與此同時，迎擊東路敵軍的瑞麟部隊也退至皇木廠，與僧軍合兵一處。至此，作為第二次鴉片戰爭中最關鍵也最悲壯的一次戰役，八里橋之戰以中方落敗告終。張家灣、通州城、八里橋全部失守，京城門戶大開，整個北京真正能夠用來防禦的，只剩下了一道古老城牆。
錫克騎兵奉命對北京城進行了偵察。根據他們的描述，北京城城高十餘米，看上去非常堅實高大，而且城頭布滿密密麻麻的塔樓，不過城裡似乎並沒有軍隊守衛。
格蘭特不相信北京沒有軍隊駐守，他擔心僅靠隨軍的火炮無法轟開城牆，使他像第二次大沽口戰役中的何伯那樣蒙受丟臉的失敗。這時聯軍的彈藥儲備已經消耗得差不多了，每門隨軍火炮僅剩下四十多發炮彈，再加上從張家灣之戰起，出戰的聯軍就只是其總兵力的一部分，大部隊尚在天津，若現在攻城，兵力上也嚴重不足。
額爾金和葛羅生怕遲了巴夏禮等人質會性命不保，故而向格蘭特施壓，要求趕快攻城，但格蘭特仍然拒絕動兵，非要等後續援兵從天津開來不可，最後兩人也只得以格蘭特的決定為準。
得知前方兵敗，正在圓明園內的咸豐大為驚駭，他深知禁軍不足恃，京城不可守，遂決意「巡幸木蘭」。1860年9月22日，在事先未通知臣僚，甚至連鑾駕都沒有準備的情況下，他便匆匆逃往熱河。
七年前，咸豐對王公大臣們說：「國君死社稷，禮也。」當時的他面對大兵的進逼，雖然也曾有重蹈前朝覆轍的擔憂，也曾恐懼害怕和戰戰兢兢，但終究還是硬著頭皮站出來，以與社稷共存亡的決心接受了挑戰。
在而後七年的時間裡，內憂外患的不斷折磨以及對犬馬聲色的沉淪，顯然已經嚴重地磨蝕了咸豐的耐力、意志力以及勇氣，讓他逐漸變得極為膽小怯懦甚至猥瑣。作為一國之君，他不僅在朝野最需要他擔當的時候放棄責任，當了逃兵，而且還密諭留京的恭親王奕訢，讓弟弟在議和不成、戰又不勝的情況下也偷偷逃往熱河。
咸豐的這種做法足以讓他聲譽掃地。知曉內情後，人們理所當然地認為：「上意直棄宗社臣民如敝屣。」皇帝為了保住自己的性命，已經可以像對待一雙破鞋一樣，把祖宗基業和他的臣民全都扔掉了！
由於逃得實在過於匆忙，咸豐出京時所帶隨從很少，嬪妃僅皇后、懿貴妃等十三人，隨行大臣也只有幾個王爺、軍機大臣以及端華、肅順等。逃亡的當天，咸豐能夠得到的食物僅僅是兩個雞蛋，次日，他和嬪妃們才喝了幾碗小米粥，後來有一天甚至連咸豐自己都沒能填飽肚子。
正所謂「國家多難，天子蒙塵」，咸豐絕想不到自己有一天真會落到這樣的地步，忍不住傷心地落下淚來。