与此同时，僧格林沁奏谕又从卓索图、昭乌达、哲里木三盟中每盟各续调1000至2000名蒙古骑兵(《清文宗实录》卷325，第8～9页)，调往京师附近驻扎。
9月18日(八月初四日)，英、法联军先头部队自天津北犯，是日中午，自河西务逼近张家湾附近，并向张家湾的清军驻地发炮攻击。
僧格林沁所部守军早已严阵以待，并遵前旨：“倘该夷一过张家湾寸步，即督兵迎击，痛加剿戮”。杀伤敌军众多，但如僧格林沁奏报说：“至该夷于午刻马步各队进前扑犯，经我兵枪炮齐施，毙贼无数。正分拨马队抄击，该夷火箭数百支齐发，马匹惊骇回奔，冲动步队，以致不能成列，纷纷后退”(《钦差大臣僧格林沁等奏英军来扑迎击失利退守八里桥折》，咸丰十年八月初四日，见《第二次鸦片战争》五，第84页)。
在清军失利的形势下，僧格林沁立即率部退"入八里桥，以扼赴京道路"，随后，英、法联军一举占领了张家湾和通州城。
僧格林沁所部满、蒙马队和绿营兵退守八里桥后，他和瑞麟商定，全军分设南、东、西三路截击敌军。其中，将近1万名满、蒙马队军部署在八里桥一带防守。八里桥东距通州八里，西距京城三十里，是由通州入北京城的咽喉要地。清军利用八里桥周围的灌木丛林，在这里构筑了土垒和战壕，准备和敌军在此决一死战。当时，僧格林沁在奏折中曾向朝廷立下誓言：“奴才等现在督带官兵退八里桥以扼赴京道路。奴才等赶紧再振军心，倘该夷由通(州)上犯，奴才等惟有与之以死相拼”(《钦差大臣僧格林沁等奏英军来扑迎击失利退守八里桥折》，咸丰十年八月初四日，见《第二次鸦片战争》五，第84页)。
9月21日(八月初七日)凌晨4时，清军由通州和张家湾、郭家坟一带向八里桥推进。上午七时许，英法联军分东、西、南三路对八里桥守军发起攻击。僧格林沁命令蒙古骑兵冲杀，他们用长矛、马刀和弓箭等落后武器，齐声呼喊杀敌。一部分骑兵一度冲到敌军指挥部附近，距敌人四五十米远的地方，短兵相接，英勇杀敌，激