井伊直弼死後，幕府雖然已經失去了憑藉鐵腕壓制全國反對勢力的能力，但卻並不願意讓統治日本250年之久的大權落入各藩大名或者朝廷手中。隨著朝廷的聲望日漸恢複，為拉攏尊皇派人士，幕府又提出了公武合體政策。所謂公武合體，名義上是希望自平安時代以來便分裂為公家和武家的日本政治重新合二為一，同時將有實力的外樣大名引入幕府決策層，進而使整個日本上下團結一心，抗擊外敵。但事實上，幕府根本沒有攘夷的打算，而且也並不希望天皇、公卿回到政治中心。其目的僅是借用天皇的威信，加強幕府權威，鞏固岌岌可危的武家政權。而達成公武合體的手段，則是奏請天皇將皇女和宮公主下嫁給將軍家茂。
世代效忠德川家的譜代大名自不用說，為加強自己對朝廷和幕府的影響，很多極具實力的外樣大名也決定支持公武合體論。薩摩藩主島津忠義的監護人、薩摩藩的實際掌權者島津久光便對此表示積極支持。與此同時，長州藩保守勢力提出主張開國的《航海遠略策》，並決定支持公武合體。在這兩個實力極強的外藩支持下，公武合體論獲得了大部分藩國支持，一時間成為了日本救國之策。1861年10月20日，和宮公主前往江戶，與德川家茂結親。至此，公武合體的關鍵一步已經達成。
但與此同時，與公武合體派針鋒相對的尊皇攘夷聲浪也變得愈發激烈。薩摩和長州內部的下級武士中均存在著大量尊攘派人士。1862年4月，以有馬新七為首的薩摩藩尊攘派數十人聚集在京都寺田屋，密謀暗殺京都的幕府要員和親幕府公卿。島津久光在此之前即對藩內的攘夷派志士極為不滿，認為這些人一直在妨礙自己擴大薩摩藩對幕府、朝廷影響力的步伐。因此在得知有馬新七等人的密謀之後，立刻派出九名劍術高強的武士，沖入寺田屋斬殺了包括有馬新七在內的六人，另有兩人重傷，其餘人均向對方投降。投降者中還包括後來甲午戰爭時的明治政府海軍大臣西鄉信吾（西鄉從道）。同年12月12日，以高杉晉作、久坂玄瑞為首的13名長州激進攘夷分子又放火燒毀了剛剛在品川建成的英國公使館。在此期間，各藩的攘夷派志士製造了大量恐怖事件，開始誅殺開國派、佐幕派人士。就連島津久光自己手下的護衛，也在這一年8月因一次意外釀成生麥事件，導致次年薩英戰爭的爆發。
為擴大自己的政治影響力，長州藩突然改變了支持公武合體的藩論，轉而支持攘夷派，並一下子以攘夷勢力骨幹的身份成為了在京都勢力最大、對朝廷極具影響力的藩國。與此同時，朝廷內部持攘夷態度的公卿也在逐漸擴大著自己的勢力。攘夷派公卿與長州藩最終促使孝明天皇下令讓將軍前往京都，向天皇面陳攘夷策略，並確定驅逐外國人的日期。1863年3月，將軍家茂在幕府重臣簇擁下前往京都。在與朝廷周旋將近一個月後，還是被迫向天皇上奏將在5月10日施行攘夷。
以當時的日本軍事力量而言，雖然武士人數眾多，但很多還是以舊式冷兵器為武裝，大部分火器部隊裝備的也只是鐵炮，與16世紀戰國時代的裝備無異。少數更換了歐式裝備的部隊此時也僅裝備有一些在歐洲早已過時的老式前膛燧發槍，訓練水平也比較低。因此無論是幕府直屬部隊，還是各藩藩兵，均沒有實力與歐美軍隊進行戰鬥，更不要說將外國勢力趕出日本了。因此幕府在下達命令時，故意將赦令原意改成了「如果遭到外國攻擊，便施行攘夷」，使攘夷成為了一件模稜兩可之事。到5月10日當天，各藩國均沒有進行任何攘夷行動。而一直以攘夷核心自居的長州藩在接到詔書後反而騎虎難下，倘若施行攘夷，則必將遭到外國軍隊報復，面臨打擊。若拒絕攘夷，又會使本藩顏面盡失，失去政治領導力，最後只能選擇硬著頭皮執行攘夷。
自黑船來航後，長州藩便開始在外國商船來往頻繁的下關海峽修造洋式炮台，並派出一直在京都活動的進步藩士桂小五郎（木戶孝允）前往品川考察幕府修建的大型炮台，並在提出《航海遠略策》作為藩論之時允許伊藤俊輔（伊藤博文）、井上聞多（井上馨）等五人前往歐洲留學。自1856年起，長州藩還以在日本失事的俄國帆船為藍本，建造了兩艘歐式縱帆船「丙辰」號和「庚申」號，不過這兩艦排水量只有50餘噸，能夠裝載的大炮也僅有寥寥數門。此外，長州藩還向英國購買了283噸的帆船「癸亥」號以及448噸的鐵殼蒸汽船「壬戌」號。
由於從幕府開放港橫濱起航的外國商船必須經過下關才能駛往長崎或中國等地，而且長州藩又正在下關沿海建造炮台，因此下關就成了攘夷戰地點的不二選擇。長州在4月25日才接到攘夷赦令，短短15天內根本不可能完成全藩的動員，做好戰鬥準備。到1863年5月，長州在下關建造的炮台尚未全部完工，七座炮台中僅安裝有28門大炮，其性能也只能相當於歐美十幾年前的水平。為執行攘夷行動而集中到下關的藩兵人數僅有650人，再加上長府等附屬藩國的藩兵以及久坂玄瑞從京都帶回的50至60名浪人，兵力總數不過千人，但士氣較為高昂，總指揮官則為馬關奉行毛利能登。在這些長州士兵中，久坂玄瑞率領的浪人團成員均來自攘夷派激進人士，因其駐地位於下關附近的光明寺而得名光明寺黨。這批人是攘夷軍中鬥志最為旺盛，但也是最急不可耐的部隊。
5月10日當天下午，駐守的士兵發現門司田野浦方向有一艘外國船正在下錨，立刻用大炮發射了一發空炮通告守軍。此時已經67歲的毛利能登不敢貿然開戰，便派出一艘小船上前查看對方情況。經過探查，得知對方是從橫濱起航的美國蒸汽商船「潘布魯克」號，該船正準備前往長崎，同時船上還搭載著幾名日本人以及要遞交給長崎奉行的文書。由於下關海峽正值退潮難以通航，「潘布魯克」號便在此處下錨，等待來日漲潮後再行出發。對老邁的毛利能登而言，受藩主毛利敬親之命攻擊外國船隻自然沒有問題，但對方船上還搭載著日本人和要遞交給幕府官員的文書，這就使他對於是否應下令攻擊猶豫不決。
在毛利能登猶豫不決之際，自發現「潘布魯克」號之後便按捺不住的光明寺黨不等命令便試圖攻擊這艘美國商船。在久坂玄瑞帶領下，幾十名浪人一窩蜂跑到炮台上，吵著要求炮手向美國軍艦開炮。但位於下關的炮台射程根本無法覆蓋到「潘布魯克」號所在位置，這群人便又跑到剛剛來到下關的「庚申」號帆船上，要求艦長松島剛藏帶著他們出港迎敵。松島剛藏本來就與久坂玄瑞相識，一番勸說之後，不僅「庚申」號，就連「癸亥」號也加入了行動。按照計畫，光明寺黨打算首先以兩艘軍艦對「潘布魯克」號進行炮擊，其後再從光明寺黨中選出敢死隊數人，衝到對方甲板上進行白刃戰。
5月11日凌晨，準備於第二天破曉起航的「潘布魯克」號已經點燃了鍋爐，煙囪里也時不時噴出一些火星。兩艘長州軍艦接近後，下關炮台也不甘寂寞地發出了一枚實彈。雖說這是長州藩攘夷行動的第一彈，但射程不足的炮台只是把這枚炮彈射到了水面上，作為開始行動的信號。「庚申」號、「癸亥」號隨後開炮射擊，兩艦總計射出了16枚炮彈，其中三枚命中「潘布魯克」號。雖然炮彈所造成的損傷很小，但完全沒有料到自己會遭到襲擊的美國人還是大吃一驚，急忙利用商船上搭載的自衛火炮進行還擊。所幸「潘布魯克」號此時已經做好了起航準備，不久後即退出了海峽，沒有受到太大損傷。
雖然對手只是一艘毫無戰意的商船，而且自己事實上也沒能給對方造成任何實質性損傷。但在長州人眼中，日本軍艦首次與外國船隻交戰便旗開得勝擊退黑船，使長州上下士氣一振，也促使他們之後接二連三地對途徑下關的外國船隻進行攻擊。
5月23日上午6時，法國軍艦「建昌」號在途徑下關時遭到長州炮台攻擊，身中7彈，但最終還是成功突破了海峽。僅僅3天之後，從長崎起航的荷蘭軍艦「美杜莎」號搭載著前往橫濱赴任的總領事博斯布呂克通過下關。雖然該艦在起航前便已經得知長州在下關攻擊外國船隻的消息，但其艦長自恃船堅炮利，決定強行突破海峽。從上午7時起，該艦首先遭到炮台轟擊，之後又與「庚申」號、「癸亥」號進行了長達一個半小時之久的炮戰，兩面夾擊之下，「美杜莎」號最後以死亡四人、重傷五人的代價通過了海峽。
面對長州藩三番五次無端攻擊各國船隻的行為，雖然美國此時正陷於南北戰爭的泥潭中，但以香港為母港搜捕南軍襲擊艦、此時正在前往橫濱的北軍戰艦「懷俄明」號立刻改變航向駛往下關，準備對長州進行報復性炮擊。有備而來的「懷俄明」號是美國海軍的新銳戰艦之一，其排水量達到了1480噸，比長州藩擁有的全部4艘軍艦加起來還要更大。該艦採用蒸汽動力，搭載有兩門279毫米滑膛炮，一門60磅線膛炮和兩門32磅炮，雖然火炮數量不多，但在射程和威力上相對長州炮台的老式火炮均佔有壓倒性優勢，因此得以從容不迫地在對方炮台射程之外進行攻