在八里橋佈陣的清兵，在影影綽綽的目測之中多達2萬至3萬人，其中很多都是騎兵，他們都被僧格林沁部署在平原上，呈大弧圈陣勢，戰線約5公里，兩翼強固。而在清軍陣線的中央，八里橋軸線上，清軍依靠八里橋村莊作爲堅固的支撐點，村後留有大批裝備火炮的步兵爲增援。
左翼，柯利諾將軍親率自己所部人馬挺進，其中有1個連的工兵、2個連的輕步兵、1個連的炮兵和2個連隊的印度錫克騎兵，柯利諾將軍的位置居中。而冉曼將軍則率部跟在左翼，其中有1個營的輕步兵、引信兵、第12炮兵隊和第101戰列團。
行進開始後，柯利諾的先頭部隊稍稍有些脫節，他們的行進速度大大高於左翼部隊，於是他們居中的部隊成了突出部。僧格林沁似乎很快發現了這一細節，並做出了反應，大隊清軍馬隊蜂擁而上，從左翼包抄過來。其時英軍尚未趕到，看到這樣的情況，柯將軍令部隊停住，組成空心方陣，架設大炮，準備應戰。
清兵首先開火，聲勢很大，但他們的火槍不能及遠，而火炮又缺乏準度，炮彈都飛到柯利諾將軍方陣後面去了。緊跟着，清軍騎兵成密集隊形馳騁而來，直至離法軍前沿陣地僅五十來米。這一切全無聲息，聽不到任何指揮號令，這場面確是令人吃驚和緊張。埃裡鬆吃驚的說道：“一切動向，全由上下左右晃動的旗子示意。好比海上信號那樣。”
聯軍士兵很快開火，他們身邊有着很多優秀的下級軍官指揮，這些軍官大多都是經歷過克里米亞戰爭的老兵。他們作戰經驗豐富，知道該如何粉碎騎兵的優勢，就如同他們對付俄國哥薩克騎兵那樣。
霎時間，清軍騎兵就遭到了猛烈的火力攻擊，一個個應聲落馬倒地，可後面一隊隊人馬，仍接踵而來。他們人多勢衆。欲把柯利諾將軍率領的法軍前哨隊淹沒。
形勢嚴峻，危險迫在眉睫。在聯軍軍戰線周圍，響起陣陣粗野的喊叫聲。只見敵方戰馬奔騰而來。四處揚起大片塵土，時而像是要把這些聯軍士兵團團圍個水泄不通，時而像是不停地從他們身上踏將過去。多虧聯軍炮兵猛烈地轟擊，敵陣一片驚慌。柯利諾將軍才得以撤退。
柯利諾將軍所部的稍稍後撤。讓聯軍陣線出現了鬆動。清軍發現聯軍陣線上的另一個薄弱環節，即法軍柯利諾部和英軍薩頓旅之間存在空當。於是，清騎兵蜂擁進入這個空當，想不到薩頓將軍指揮的英軍早早佈下嚴密的矩陣式空心方陣，當中空隙雖多，但空心方陣成錯落狀排布，中間的通道是炮兵、步兵轟擊的絕好地域，而零散未能成陣型的清軍騎兵則無法衝破聯軍空心方陣的刺刀陣。因此突入的清軍騎兵陷入被圍困的境地。
但薩頓將軍知道此舉有些冒險，要是清軍加大人力的投入。幾個空心方陣也可能最終禁受不住人潮的衝擊而潰散，潰散的步兵將會遭到一場中世紀的騎兵追殺，因此戰局十分微妙。
在右翼，蒙託邦很想前去救援柯利諾，可是清兵突然也從其右翼包抄過來，他被迫進行反擊。右翼的清軍馬隊猛撲過來，竭力把我們團團圍住，他們的目的很明確就是牽制住蒙託邦。見聯軍前衛部隊兵少勢單，清軍騎兵更大膽起來，粗野地喊叫着，剽悍絕倫的韃靼騎兵俯身策馬，將身體藏在戰馬側面而不會墜馬，以此來躲避槍彈，靠近聯軍陣線之後便揮舞刀槍，開弓射箭，大耍威風……
已經跟上中路的冉曼將軍，接到命令向右翼出擊，但清兵也向他衝來，冉曼將軍只能停下來還擊，很快清軍就把他們人數上的優勢發揮得淋漓盡致，各條戰線上清軍都在頑強的攻擊着聯軍的陣線。
德拉格朗熱中尉記道：“炮火槍彈像打不倒清兵似的：他們似死而復生，頑強戰鬥，甚至有時衝到我方大炮前三十來米。不過，我軍炮火變得更密集更猛烈，將他們一一打退，四處逃竄……”聯軍的火炮一直支撐着整個戰線，要是沒有火炮的火力支援，聯軍可能早就崩潰了。
柯利諾及其部下，一直頂在前面，清兵接連不斷的發動攻勢，柯利諾將軍甚至率領部下拼了三次刺刀，這才粉碎了對方多次衝鋒。
在左路，格蘭特將軍終於帶領一支炮兵部隊趕到，他馬上下令炮兵開火，減輕法軍壓力。格蘭特率領的這支部隊中，還有精銳的英軍騎兵，女王龍騎兵！
但女王的龍騎兵沒有出擊，他們的人數太少，而格蘭特帶來的炮兵部隊中數門阿姆斯特朗重炮則發揮了重要作用，儘管來得晚些，還算及時。聯軍火炮在精度、射程和威力上完全壓制了清軍的炮兵，很快清軍騎兵遭到現代火炮的密集轟擊，潰不成軍向後逃去。
看到清軍開始逃跑，格蘭特馬上出動範納和普羅賓所率的龍騎兵衝殺過去，追擊清軍騎兵，龍騎兵雖然人少，但追擊起來必然有更大的收穫。
冉曼旅面對清軍炮兵，大顯威風，精準的聯軍炮兵一個接一個的將清軍火炮陣位打啞，而清軍炮兵的炮彈始終未能準確命中，膛線火炮的優勢在此時顯露無遺。
最右側，101戰列團遭到清兵強攻，同樣是依靠刺刀和膛線火槍的密集攢射，聯軍守住了陣位，很快法軍炮兵猛烈還擊，清兵遭到了嚴重打擊，進退維谷。
就在這個時候，後續的聯軍部隊陸續趕到，乘敵陣亂作一團，蒙託邦將軍下令全線衝鋒。柯利諾所部把清兵趕向八里橋，冉曼所部向前猛攻，普熱上校帶領101團殺來，準備奪取位於清軍陣地核心的村莊。
清軍將領搖着軍旗，把兵勇集聚於八裡橋頭。僧格林沁大旗仍舊在橋上高高飄揚。於是，冉曼將軍率部朝那裡推進。對法軍來說，正是在八里橋展現了這場戰爭“最卓著的功勳”。因爲，只要這最後一道障礙越過，就再沒有什麼可以阻擋向中華帝國都城勝利前進了。
很快，八里橋及其精美大理石雕展現在眼前聯軍士兵們的眼前，清軍已經撤過了八里橋。隔着這座精美的石橋，清帝國精銳之師，依舊士氣高昂，要誓死保衛這座橋樑。
柯利諾率部從左側，穿過掩映靜雅墓地的樹林，忽然槍聲大作，一股清軍伏兵向他們開火，聯軍損失了十幾人，但很快他們組織起了有效的反擊，而清軍似乎缺乏衝鋒的勇氣，這股清軍步兵很快在聯軍的反擊中潰散。
柯利諾將軍馬上指揮部下離開這片樹林，他也怕再次遭到清軍的襲擊，很快他們就插到了運河岸邊。到達運河岸邊之後，柯利諾將軍馬上令炮兵們架好大炮，以對橋斜射，而本茨曼上校則領另一支炮兵對橋縱射，並要第12炮兵連隊瞄準敵營設有大口徑火炮的陣地。
萬炮齊發，響聲陣陣，把橋欄杆炸得橫飛，對岸敵營和村莊內的火炮陣地很快陷入一片火海，清軍炮兵戰術落後，反應遲緩，在聯軍精銳炮兵面前顯得是那麼的無力與無助，於是清軍在火炮轟擊之下被打得慘敗，而清軍炮兵的表現與大沽口的表現大相徑庭。此戰之後，從被俘清軍將官口中得到了答案，清軍訓練有素的炮兵隨着大沽口炮臺的陷落而灰飛煙滅，後續替補上來的人手操練不足，因此清軍火炮雖然也不少，但沒能發揮應有的作用。
戰鬥還在繼續着，柯利諾將軍仍頭戴那頂大草帽，帶領一小隊人馬，朝八里橋勇猛衝上去，橋頭被死傷的兵勇和翻倒的大炮堵住，他們的道路被堵住。
聯軍士兵們眼睜睜的看着柯利諾將軍一個人策馬揚鞭飛奔在前，部下無法緊隨在後。當他單槍匹馬，衝上拱橋高處時，其他士兵才與他會合。當年馬拉科夫戰役的英雄，今天第一個冒着槍林彈雨衝上橋頭，並朝運河對岸擠滿敵人的營地挺進，柯利諾將軍的英勇鼓舞了在場的所有士兵，法國人上刺刀衝鋒，如英國人所贊，“好一場白刃戰”。
就這樣，八里橋被聯軍攻佔，但清軍並沒有放棄抵抗，他們在被轟擊的營壘之中負隅頑抗。聯軍工兵在槍林彈雨中冒險清除橋面上的障礙，爲後續部隊開道，而柯利諾將軍則受阻於河對岸的敵營，他們在過了橋之後設立了橋頭堡，固守在那裡，接應和掩護陸續過橋的聯軍各部人馬。
蒙託邦將軍之子夏爾上尉進到一個寺廟，準備安設臨時指揮部，不料遭遇迎面射來的子彈，多虧被他的頭兒烏斯曼和一排輕步兵營救，才奇蹟般倖免於難。後來，第二團一戰士講了這個小故事：蒙託邦與冉曼旅剛過橋，得知兒子險遭不測，便指着其鼻子威脅道：“你要那樣，不再帶你來了！”兒子回答：“就這個呀，也許你還不如我呢！”
聯軍繼續過河擴大其陣線，清軍搖搖欲墜，戰役的勝利對於聯軍來說似乎近在咫尺了，而就在這個時候，清軍營壘那邊傳來了震天的歡呼聲，蒙託邦將軍舉起望遠鏡望去，只見無數的旗幟和人馬出現在視野之內，那些大旗上的漢字他看不懂，杜潘上校看了之後說：“是清國京城的皇帝親兵趕來了……”