光绪十年七月初六，大清总理各国事务衙门对外发布一个声明，意思就是：“越南是大清附属国，强烈抨击了法国政府背信弃义以及对大清的核心利益的侵犯，最后宣布对法国大张挞伐、用以伸公论而顺人心”。就此，已经持续八个多月的中法战事，现在终于进入了正式宣战的阶段。
在当年九月，慈禧让坚决主战的左宗棠奉旨以钦差大臣身份出任闽浙总督，十二月，左宗棠抵达福州，积极布防，并组成“恪靖援台军”东渡台湾。同时，慈禧令两江总督曾国荃出动南洋水师战舰巡弋南洋海面，并加强宁波的防务；令直隶总督李鸿章出动北洋水师战舰巡弋渤海口，以防法国舰队突入渤海，威胁大沽口。两大舰队同时出动，这在大清还是头一回。
就当时的整体战略局势来看，中法之间的战事主要分为海陆两个战场。陆上战场主要是在越南北部的北圻展开，战事由云贵总督岑毓英（岑春宣他爸）所率的滇军和刘永福的黑旗军为主，此时的黑旗军还属于民兵，不是国家正式军队，于是大清兵部奉谕旨，加封黑旗军首领刘永福加封“记名提督”，并赏戴单眼花翎。曾经是“反贼”的刘永福终于正式成为了大清的正式武官。
海上战场主要是围绕台湾北部地区展开，此时刘铭传已经在基隆之战中重挫法军，取得胜利。但法国舰队随后在马尾海战中全歼福建水师，完全取得了台湾海峡的制海权，这就使大清无法向台湾输送援军和军械，刘铭传只得孤军死守台湾。
总体来看，大清的长处在于兵力多、背靠本土作战、利于补充，短处在于陆军装备远不如法国、海军实力太弱、沿海防御压力很大；法国的长处在于军队武器精良、训练有素、拥有强大的海军舰队，短处则在于远离本土作战，调兵困难，且北圻到处有越南义军反抗，极大牵制了法军兵力。因此，左宗棠令刘铭传继续死守基隆，充分利用台湾自有的人力物力财力，尽可能拖住法军的力量，为沿海各地防御减轻压力。
法军方面的计划是，充分发挥海军实力强大的优势，彻底封锁台湾海峡，同时从北圻增调陆军前往台湾，进而占领台湾北部、迫使清政府接受赔款条件的目的。至于越南北圻方面，则采取“西守东攻”的原则，西线以部分兵力死守宣光，牵制西线清军，集中主要兵力向东线谅山发起攻击，力图趁清军尚未完全集结之前击溃东线清军，占领谅山、威逼镇南关。
中法两国的战争正式开战，实事求是地说，满清的军事部署还是很不错的。
刘铭传，字省三，安徽合肥人，李鸿章所属淮军出身，同治元年二月，李鸿章在合肥招募淮军。作为当地团练头目的刘铭传投靠李鸿章，并出任“铭字营”营官。后因剿灭太平军与捻军有功，而逐步升迁，在28岁的时候，刘铭传就成为当时淮军将领中任军职最高的人。晋封一等男爵，之后，刘铭传因病回籍休养，想不到是，刘铭传这一闲居就是十几年。
光绪九年，中法战争爆发，已解甲归田，在乡间隐居多年的刘铭传被起用，慈禧命他为督办台湾事务大臣，实授授福建巡抚加兵部尚书衔。光绪十年7月16日，刘铭传抵达基隆，在他到达基隆的第15天，中法战争就爆发。
刘铭传到达台湾之后，自然知道法国人绝不会善罢甘休，为此不断加强基隆的防务。但由于台湾海峡已被法国舰队封锁，大陆根本无法支援武器与粮饷、军械都过不来，刘铭传只好一边动员台湾本地士绅商民捐款助饷，一边鼓励台湾百姓组织义勇来弥补官军兵力的不足。
八月十二日，法军主帅孤拔亲自率领八艘军舰，两千人余人直接入侵基隆，孤拔这次决兵分两路，以利士比少将为西路，率战舰三艘和陆战队六百人进攻基隆以西的沪尾，一路由自己率领五艘和陆战队一千余人为东路主攻基隆。
八月十三日，法军在东西两路同时发起了进攻，当时刘铭传在基隆部署四千余兵力，而在沪尾方向部署了一千多人，而孤拔进攻计划完全出乎了刘铭传的预料之外，结果两边同时打起来之后，刘铭传顿时陷入了两难之中——继续坚守基隆，则沪尾必失，沪尾若失，则基隆后路被切断；去救沪尾，则基隆必失，法国人一旦占了基隆，凭台湾本身的军力再想把他们打出去就难了。
在反复权衡之下，在八月十四日，刘铭传亲自率领主力回援沪尾，放弃基隆阵地，主力部队收缩到基隆镇南面的狮球岭凭险据守，于此同时，刘铭传将基隆煤矿炸毁。由于兵力过于悬殊，孤拔终于得以占领基隆。
占领基隆之后，孤拔马上向西路的利士比下达命令，让他立刻率军猛攻沪尾，当时守卫沪尾是由孙开华带领的四千余人驻守，孤拔率军向西攻击，孤拔的企图很明显，就是想对刘铭传来个东西夹击，一举击溃清军，占领台北府。
利士比接到命令之后，当即对沪尾炮台进行猛烈炮击，将沪尾炮台基本摧毁。守将孙开华颇会用兵，面对法军猛烈的炮火，死守炮台显然不是办法，于是孙开华将主要兵力都隐蔽在沪尾沙滩后面的树林中，炮台只派少量兵力佯装守卫。利士比占领炮台之后，以为清军主力已经被消灭，于是在八月二十日指挥六百多人的陆战队乘坐小艇在沙滩登陆，准备一举占领沪尾镇。
法军刚走到树林边缘，孙开华一声令下，清军和义勇纷纷呐喊着从树林中冲出，法军还来不及列队射击只能被迫转入白刃战。这一下，法军的舰炮完全失去作用，而清军人多的优势则完全显露出来。双方经过一个多小时的激战，利士比只得下令赶紧撤退。总伤亡达到了二百余人！孤拔“东西夹击、直取台北”的美梦彻底破碎！
可战术上的胜利很难改变战略上的失败，由于刘铭传得不到大陆的援军，光靠手里的兵力也很难把占领基隆的法军赶下海，于是双方只好继续对峙下去，慈禧得知消息之后，下令必须不惜一切代价救援台湾，说白了就是把军事物资运上去。
当时的大清舰队跨海作战只有北洋水师和南洋水师。因此慈禧命迅速抽调北洋水师和南洋水师的主力舰船，组成援台舰队。就在大清海军准备组建联合舰队的时候，大清藩属国朝鲜又出事了！
朝鲜国内“开化党”勾结日本于十月十七日在汉城发动政变，挟持了朝鲜国王李熙。日本方面闻讯后立刻准备出兵朝鲜，支援开化党。进而意图占据朝鲜，朝鲜紧邻东北，对于大清的重要性可以说远胜于越南，因此大清绝不可能坐视朝鲜落入日本之手。
于是慈禧急令李鸿章派遣北洋水师三千人赶赴朝鲜，为了防止日本可能在海上动武，这么一来，救援台湾的任务就只能由南洋水师独力承担了。两江总督曾国荃此时上表慈禧，南洋水师无法独立完成支援台湾的任务。
现在慈禧只能寄希望于北圻的陆战能取得胜利，从而缓解台湾方面的压力。可是，北圻方面传来的消息也很不乐观。陆战仅仅打了九天时间，六万清军就全线溃败，法军仅以五百余人的伤亡代价就占领了谅山，主将潘鼎新吓得狂奔了一百多公里逃入了镇南关。万幸的是，黑旗军以伤亡一千多人的代价，毙伤法军484人，光法国军官就毙伤了三十多人，但战役的结果却以失败而告终。东线谅山失守，法军直逼镇南关；西线宣光不克，被迫撤军；刘铭传苦守台湾。
此时的刘铭传在台湾苦苦支撑，虽然缺兵少粮，但仍坚持不退兵，与法军展开旷日持久的对峙。法军不熟悉台湾地理情况，在丛林中无所施展其长处，势力范围被清军死死限制在基隆附近。当时的台湾已被法军隔离于海外，刘铭传在没有得到清廷任何帮助的情况下得不誓死坚持，为镇南关大捷赢得了时间。
清军镇南关大捷后，西南方向战局发生扭转，法国当局茹费里内阁倒台，法军被迫撤出台湾。刘铭传及他率领的军民，成就了保全台湾的不朽历史功劳。光绪十一年，在刘铭传的强力主张下，光绪帝下令建台湾省，刘铭传出任首任巡抚。中法战争期间，刘铭传作为孤悬海外的台湾岛上的最高军政主官，以不充裕的兵力资源，成功守卫住了台湾，可谓是彪炳史册。
刘铭传在台湾六年，修建了台湾第一条铁路，铺设了台湾第一条电缆，兴办了台湾第一个西式学堂，发行了台湾第一支股票。尤其是与台湾百姓一起沐风栉雨、风餐露宿，纯手工凿出了台湾历史上第一条铁路——长约28.6公里的台北向东至基隆的铁路。后来，台北向南至新竹的铁路也修建完毕。如此一来，以台北为中心，向东至基隆，向南至新竹全长107公里的铁路成形了，而当时整个中国内陆的铁路里程不到400公里。
光绪十六年，刘铭传因通商口岸税务问题上与外商交涉及基隆煤矿招商承办等事，被慈禧严厉申斥，第二年刘铭传上表辞呈，清廷准其辞职。中日甲午战争满清战败，台湾因《马关条约》被割让给日本，刘铭传得知消息顿时口吐鲜血晕死过去，光绪二十二年一月十二日刘铭传病逝，清廷下旨赠太子太保，谥壮肃。
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