第一次大沽口之战发生于1858年5月20日，是继广州沦陷后紧接而来的战事，清军奋战约2小时便败亡。这起战事的结果促成了《天津条约》的签订，更导致咸丰帝决心建设大沽炮台与后来第二次大沽口之战的发生。

广州城被夺以后，1858年4月，英、法、美、俄四国使节到天津、大沽口外。4月24日，四国使节会见清政府限期6天内派人谈判，否则将采取“必要的手段”。咸丰帝派出直隶总督谭廷襄赶赴交涉，不料英法公使以“照会型式不符、无钦差大臣之权”为由拒绝接见。至于英法方则因兵力未能集合完毕，延迟了原本6天内的进攻。咸丰帝除了同意减少关税外，对于四国的要求一律拒绝，也不准谭廷襄开战。在英法代表仍旧拒绝交涉的情况下，谭廷襄改与美、俄代表交涉愿能协助谈和，但因困难的要求仍毫无结果，以为：“外托恭顺之名，内挟要求之术”。 谭廷襄要求开战，提出上海、宁波、福州、厦门全部关闭，停止贸易的策略。两广总督黄宗汉也提议速速克复广州，使英法等国震慑再出面开导。咸丰帝未批准以上提议，并发出声明：“切不可因兵勇足恃，而先启起兵端。”仍旧命谭廷襄驳斥各国要求。1858年5月18日，英法代表与海陆军司令协商攻占大沽口，以天津做为目标，随即派兵进攻。

大沽位于海河出海口，沿河而上六十公里便是天津，作为京津两地的门户，大沽的军事意义非同寻常。第一次鸦片战争后，清军在南岸修筑了三座，在北岸兴筑一座长40米，进深26米，高约5.6米的砖石炮台。两岸共驻军1600人，并配备300余门大炮。由于时任两广总督叶名琛谎报军情，英法联军已过上海咸丰帝方才得知，随即急忙下令加强大沽口守备，将驻军增至6000多人。所幸在联军赶来之前完成了部署。

清军汲取了第一次鸦片战争中被包抄的教训，呈交互式布阵，其中1000人分驻南岸三座炮台，主炮台由总兵达年和游击德魁率部防守，左炮台由都司纳勒和等率部防守，右炮台由游击陈毅等率部防守；1500人护卫南岸后方；1000人驻守北岸炮台，由游击沙春元率领；1000人驻守北塘；另有2000多人分驻于家堡、新河等地。总防务由直隶总督谭廷襄负责。

英、法 、美等国舰船陆续驶抵大沽口外，截至5月19日共有战舰约26艘，兵力2600余人。联军舰艇在大沽口外海呈排列式布阵。当日傍晚，联军16艘舰艇和20余只舢板，载海军陆战队约2000人驶入拦江沙内，待命而动。

1858年5月20日上午10时，联军对清政府发出最后通牒限定2小时内交出大沽口被拒绝，两小时后，英法联军舰队闯进大沽口，同时向南北两岸炮台实施炮击，并派出适宜在浅海作战的炮艇和舢板向陆地输送登陆部队。由于战前咸丰帝有令在先:“不得先行开炮”，因此，直到英法联军开炮轰击以后，南北各炮台才先后开始抵御。

由于联军舰队多在清军火炮的射程之外，各炮台皆损失惨重。不久，联军登陆舰艇陆续靠近，清军以火炮还击，击沉敌舢板4只，打伤联军近100人。法炮艇“霰弹”号遭到重创，艇长被打死，11人被打伤。不久，口外的联军旗舰“斯莱尼”号及其主力舰只的大口径火炮猛烈轰击南北炮台，致使炮台顶盖、炮墙被轰毁，有的大炮被炸毁，守兵伤亡惨重。

11时15分，联军的两支陆战队强行登陆，北岸登陆721人，南岸登陆457人，两队先后向炮台接近。与此同时，联军在外海的战舰悉数开炮，予以火力掩护。而总督谭廷襄、署天津镇总兵达年等负责指挥战争的文武官员，“闻炮声，心胆先怯”，率先奔逃，致使士气受挫。

当联军陆战队逼进炮台附近时，后路接应清军惊溃。炮台守兵孤军奋战，游击沙元春、都司陈毅、千总常荣恩、刘英魁等指挥战斗，最后奋战身死。清军南北防御陆续被攻陷，各炮台遂相继失守。至12时左右，清军全线溃败。

5月26日，英法联军未遭遇抵抗就兵临天津城下。5月30日，四国使节逼迫清政府派全权代表至天津谈判，否则将进军北京。经此一战，极为震惊的清朝在6月1日派出大学士桂良、吏部尚书花沙纳、耆英（曾参与签订南京条约）赴天津与各国谈判。

咸丰帝打算用耆英进行斡旋，在奏折上朱批谕示耆英：

进京瞻仰。可告以速将各条定议妥协。并将兵船退至拦江沙外。然后再议进京之事。中国以诚信待人。亦断无别意。惟各国向无进京之例。此次应行礼节。亦须彼此商定。按照中国礼节。至各夷进京。中国民人。亦必惊疑。更须先为晓谕。不能临时猝办。再进京之请。皆俄夷从中播弄。英、佛、米皆重利。从前并无此说。

耆英谅已驰抵天津。即可往见英、佛（法国）、米（美国）三国。将所求之事。妥为酌定。如桂良、花沙纳所许。该夷犹未满意。著耆英再行允准几条。或者该夷因耆英于夷务情形熟悉。可消弭进京之请。则更稳妥。此时桂良等作为第一次准驳。留耆英在后。以为完全此事之人。津郡情形。甚属危急。不得不通融办理也。将此由六百里密谕知之。

以为凭借过去与英方签约的经历必能成事，可英法联军早在占据广州后翻遍了广州官府的档案，对当年南京条约的内幕一清二楚，便多次刁难。耆英见不能成事，2天后私自回京。经过桂良、花沙纳的交涉，终在1858年6月13日签订《中俄天津条约》，6月18日签订《中美天津条约》。 6月22日，清朝在英公使额尔金进军北京的威胁下，签订《中英天津条约》。6月27日与法国签订《中法天津条约》。