英法联军在战役中所取得的有利形势，让本来颇为灰心丧气的英国公使额尔金又打起了精神。联军占领塘沽后，他兴冲冲地找到格兰特，说要在塘沽的一座寺庙顶上建立总部，理由是站在上面可以更好地观察攻打炮台的战斗情形。
额尔金不过是格兰特的名义上司，打仗这事还是得格兰特说了算。格兰特听额尔金说，他要邀请《泰晤士报》记者和他一起去寺庙观战，马上明白这位公使先生不过是想获得在英国报纸上露脸的机会而已。鉴于大沽炮台与塘沽只隔着一座白河，中方大炮的射程足以到达额尔金所说的那座寺庙，格兰特毫不客气地驳回了他的要求。
在联军内部，孟斗班之前虽然有意与格兰特争锋，但由于独自进攻塘沽受挫，如今也已不自觉地落于了下风。当商讨如何攻占大沽炮台时，他提出要同时攻打大沽的四个炮台，格兰特则坚持先攻北岸炮台，因为北岸炮台在火力配备上最为虚弱。争论的结果，孟斗班不得不屈从于格兰特，他在日记中酸溜溜地说：“我这样做的目的，是卸下我的军事责任以及与此相关的政府责任。”
1860年8月21日凌晨，英法联军突然自后路对大沽北岸炮台实施猛攻。战前，格兰特下令将所有的阿姆斯特朗炮都尽可能运至前线实施轰击。阿姆斯特朗炮笨身沉重，加之地面又泥泞不堪，所以每一门炮都须用六匹高头大马予以拖送，然而其威力之大是不容置疑的。中方架在炮台上的大炮根本无法与之抗衡，短时间内多数大炮都被击毁，但守军利用残存的火炮继续轰击，依旧远远地将敌人阻于炮台之外。
按照西方人的记录，意外发生在上午6点半，炮台弹药库不幸被联军的开花弹击中，继而发生爆炸，巨大的爆炸声如同地震一般，令守军手忙脚乱。由于弹药来不及补充，在半个小时之内，大炮无法再对敌人进行射击，联军趁此机会逼近了炮台。
半个小时之后，守军恢复射击，却发现己方大炮的威力已经大减。
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