英法联军于 1860 年 8 月 21 日攻克大沽口，开辟了通往北京的道路。 联军此次远征的目的，是强迫北京的中国政府遵守1858年两国政府签署的《天津条约》，其中包括允许英国继续在中国进行鸦片贸易。

1860年9月，联军从天津以骑兵掩护前进，当他们到达张家湾时，遇到了一支拥有五英里战线的中国大军。 骑兵之间发生了小规模冲突，然后联军炮兵压制了中国炮兵。 中国军队溃退。

张家湾之战于9月18日结束。9月19日，联军对八里桥一带开始全面军事侦察，通过入华多年的传教士为辅助。英法联军通过侦察发现北京到通州运河沿岸部署大量清军，运河上有一座17世纪石料单孔桥，即为八里桥，距通州旧城8里。

两天后， 联军正面进攻，骑兵从左翼进攻，迫使中国军队从八里桥撤退。清军方面，僧格林沁亲王的军队，包括精锐的蒙古骑兵，在面对联军的集中火力的几次正面冲锋后，全军覆没。

1862年9月21日，英法联军从郭家坟向八里桥附近发动进攻。清军将领瓜尔佳·胜保和僧格林沁奉命迎击。经过半日的激战后，僧格林沁的部队开始溃退，而瓜尔佳·胜保则继续督军奋战。在激烈的战斗中，瓜尔佳·胜保连中数弹，昏迷后落马。最终，清军战败。

法军的记录中描述：“炮弹和子弹无法彻底消灭他们。骑兵们似乎从灰烬中重生，他们顽强到了极点，一时间会拼命地冲到距离大炮只有30米远的地方。我们的大炮持续并反复地发射，炮弹在他们的左右呼啸而过，他们最终在炮火中倒下了。”

据随军的俄国人估计，清朝当时投入了大约5至6万人，其中3万骑兵，损失了1000人。而法国军队则有3人死亡，17人受伤，英国军队有2人死亡，29人受伤。战后，法国皇帝拿破仑三世为了纪念这场战役，封法军统帅蒙托邦为“八里桥伯爵”（Charles Cousin-Montauban, Comte de Palikao）。