当时法军侵台总兵力，有大小战舰11艘，步兵3个大队，炮兵1个中队，共2000多人。从七月底开始，法舰就游弋于台湾海面，窥视基隆、淡水，并搜查来台船只。八月十二日(9月30日)，法国侵略者分为两路，一路由孤拔率领5艘军舰进攻基隆，一路由利士比率领3艘军舰进攻淡水。企图诱使守军分散力量，然后各个击破。
八月十三日(10月1日)，孤拔率法舰向基隆的守军炮台发动猛烈炮击，同时派海军陆战队600多人在基隆仙洞东南海滨登陆，占领山头，以排枪和大炮进行击杀。守军奋力还击，伤亡惨重，被迫后撤，基隆港湾及周围阵地全部丢失。此时，由利士比率领的另一路侵略军猛攻淡水。
基隆在台北东北，有粮港和煤矿，相距台北100多里，中间为丘陵所隔。淡水在台北西偏北，相距台北30余里，有淡水河相通，是台北的门户。法军攻基隆，意在占有良港和煤矿;攻淡水则意在攻占台北府。刘铭传两面受敌，处境十分艰难。救兵一时也无法得到，只好将军队分为两部，分别在基隆、淡水作战，他自己则在基隆亲自指挥。法军开始主攻基隆，几千名士兵轮番进攻清军滩头阵地，战斗进行得十分激烈，但法军终究无法得手。
下午，孤拔突然改变主攻方向，将火力集中攻打淡水。而淡水的守军不多，经过半天作战，已筋疲力尽。突遇重兵，难以招架，连连飞书向刘铭传告急。在“基隆万分危迫，淡水又被急攻，基隆无兵可分”的紧急形势下，刘铭传力排众议，当机立断，下令基隆守军立刻撤出战斗，炸毁煤井，转移机器，全力援救沪尾。刘铭传看到法国海军需要不断得到能源补给和淡水供应，因而利在速战。基隆离台北尚远，沿途还有狮球岭等险可以扼守。淡水则距屯聚粮饷的台北府城仅30里，沿途又无险可守，所以基隆失尚不失根本，淡水失则大势已去。因而刘铭传冒着巨大风险果断下令放弃基隆，赴援沪尾。基隆守军不解其意，纷纷哭谏，要求死守基隆。一些淮军老部下和湘军将领也纷纷伏地请求收回成命。刘铭传大怒，拔佩剑砍前案呵斥道：“不舍基隆，台北不能保也。吾意已决，罪谴吾自当之。有违令者斩!”刘铭传接着说：“我知尔等一片赤诚。但这是军事，我在你们面前立军令状。”说