原来巴夏礼等人被捕时，联军久候不归，便断定他们已成人质。法方提出立即对僧格林沁设于郭家坟的大营发动进攻，格兰特担心进攻会要了巴夏礼、洛奇的命，表现得犹豫不决。经过商量，联军方面决定在进攻前再做一次外交努力，他们让一群骑兵护卫着威妥玛，举着休战的白旗靠近僧营，威胁说如果僧格林沁不在第一时间释放人质，联军就将向北京进军。
这种威胁没有产生任何效果。1860年9月18日中午，在法方的催促下，格兰特终于下达了攻击令。
僧格林沁在张家湾和通州总共集结了两万人马，其策略是以骑兵构成屏障，阻挡联军对北京的进攻，同时相机对联军实施包围。如果是在冷兵器时代，这种“中世纪战术”无疑是有效的，但当面对拥有先进大炮和枪支的西方军队时，它却变得漏洞百出。特别是僧格林沁为屏障京城，将己方战线拉得过长，这使得联军很容易进行突破和渗透。
作战过程中，联军集中力量，用阿姆斯特朗炮对僧军防线中的薄弱部位进行轰击，僧军骑兵的战马受惊，回头狂奔，又冲击了绿营步兵。如此一来，步骑兵全都无法保持原有阵形，部队一片混乱。
此时一个团的锡克骑兵和阿拉伯骑兵，从左翼对僧军发起进攻。这些敌骑兵每个人都骑着高头大马，配有精良武器，而僧军步骑兵只能用抬枪和鸟枪反击，无论火力还是人员数量（在突破点范围内），都不是其对手。
短时间内，僧格林沁所组织的防线便一触即溃。这一战，中国军队损失高达一千五百人，而联军仅伤亡三十五人，张家湾和通州城也被英法联军占领。
张家湾落败后，僧格林沁率部退守八里桥，他和瑞麟紧急商定，全军分东、西、南三路截击敌军，其中近万名满蒙骑兵被配置在八里桥一带防守。
八里桥是一座横垮运河的石桥，为通州进入北京城的咽喉要地。僧格林沁利用
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