清廷接到四国照会后，咸丰帝令谭廷襄与其谈判，要求英法美公使返回广东，听候黄宗汉办理，俄公使则仍到黑龙江等处会办。英法借口谭廷襄非全权大臣，拒绝谈判。美俄公使则假充“调停人”单独和谭廷襄周旋，麻痹清政府。英法联军在美俄掩护下，做好一切战争准备，并于五月二十日对大沽炮台发动突然袭击。驻守炮台的官兵奋起抵抗，由于直隶总督谭廷襄等文武官员带头逃跑，使得大沽炮台很快失陷。英法联军占领大沽炮台，直犯天津，并扬言要进攻北京。清政府惊慌失措，急忙派全权大臣桂良和花沙纳赶赴天津议和。桂良等与四国代表进行了多次交涉。在英法代表蛮横要挟下，桂良等被迫接受了全部要求，分别于六月二十六日和二十七日签订了中英《天津条约》和中法《天津条约》。条约的主要内容是：公使常驻北京；增开牛庄（今营口）、登州（今烟台）、台湾（今台南）、淡水、潮州（今汕头）、琼州、汉口、九江、南京、镇江为通商口岸；扩大领事裁判权；对英赔款四百万两、对法赔款二百万两；修改税则等等。条约规定第二年在北京交换批准书。
当桂良等与英法代表谈判时，美俄公使假演“调停者”的角色，玩弄阴谋诡计，竟抢在英法之前，诱逼清廷分别于六月十三日和十八日签订了中俄《天津条约》和中美《天津条约》。在中俄《天津条约》签订以前半个月，黑龙江将军奕山在沙俄武力威胁下与西伯利亚总督穆拉维约夫签订了《瑷珲条约》。沙俄侵吞了中国黑龙江北岸、外兴安岭以南六十多万平方公里的领土。同年十一月，桂良、花沙纳又在上海同英法美三国分别签订了《通商章程善后条约》及《海关税则》，作为《天津条约》的补充。
咸丰九年（1859）六月，英国公使普鲁斯，法国公使布尔布隆各率一支舰队北上大沽口，准备进京换约。清政府指定换约代表由北塘登陆经天津至北京，并要求换约代表不得携带武器，各兵船武装人员不得登陆。而英法公使却仗恃武力，坚持要从大沽口溯白河进京，蓄意利用换约时机，重新挑起战争，向清廷索取更多的权益。二十五日，英法兵舰突然炮轰大沽炮台，守军奋起迎击获胜，英舰司令贺布受伤，击沉击伤联军兵舰十余艘，伤毙敌兵四百多人，英法舰队在美舰支援下撤走。不久之后，英法两国政府分别再次任命额尔金、葛罗为特命全权代表，以陆军中将格兰特和孟托班为英法远征军总司令，组织一支新的联军约两万余人，于咸丰十年（1850）春开始第三次北犯。先后占领了舟山、大连湾、烟台。七月联军再次闯入大沽口。由于北塘守军毫无戒备，联军顺利登陆北塘。而后，清军又在新河、军粮城、唐儿沽（今塘沽）节节败退，大沽炮台失陷，联军长驱直入占领天津。
联军占领大沽炮台后，咸丰帝极度惊恐，急派桂良为钦差大臣赶赴天津，会同直隶总督恒福向英法联军乞和，因联军索需苛重，天津、通州谈判相继破裂。于是联军又进攻通向北京的要隘张家湾、八里桥，清军先后败绩。消息传到北京，清廷极为震惊，咸丰帝命其弟恭亲王奕为钦差大臣留守北京“督办和局”，自己却于九月二十二日带着皇妃等逃奔热河。
十月五日，北京附近海淀失陷。英法联军将圆明园内的宝藏洗劫一空，最后又纵火焚烧。火势延续三昼夜，罕世名园成了一片焦土。
十月十三日，北京被联军占领。奕按着咸丰皇帝“委曲将就，以其保全大局”的谕旨，屈膝求和，于十月下旬，与英法交换了《天津条约》批准书，全部接受了《天津条约》的侵略要求，而且还订立了《北京条约》。《北京条约》除承认《天津条约》有效外，还增加了几项内容：开天津为商埠、准许华工出国；割九龙司给英国；将以前被充公的天主教产发还；准许“法国传教士在各省租买田地，建造自便”；把《天津条约》中规定的对英法的赔款各增加为八百万两；“恤金”，英国五十万两，法国二十万两。
沙俄借口“调停”有功，要求订立新约。同年十一月，清政府又被迫订立了中俄《北京条约》，沙俄再次割去中国大片领土和攫取更多特权。美国虽未与清政府签订新约，但根据“一体均沾”的条款，同样可以享受英法俄所攫取的特权。同月，侵略军陆续撤离北京，第二次鸦片战争结束。
洋务运动
19世纪60至90年代，清政府在太平天国和捻军农民起义的打击下，又在第二次鸦片战争中再次被外国侵略者打败。面对这种形势，封建统治阶级营垒中的一些有识之士，如：在中央官吏中以总理衙门大臣奕、大学士桂良、户部侍郎文祥等为代表，在地方官吏中以两江总督曾国藩、闽浙总督左宗棠、直隶总督李鸿章以及后起的湖广总督张之洞等为代表，他们感受到外国的“船坚炮利”，从而意识到无论拯救民族危亡，还是维护自身统治，都不能再固守陈腐的“祖宗之法”，唯一的办法是向西方学习，引进先进的生产方式和物质文明；他们还继承了林则徐、魏源的“师夷长技以制夷”的思想，这就形成了以拯救清王朝封建统治、御侮自强为目的，以引进西方先进的生产技术为主要内容，以“中学为体，西学为用”为宗旨的向西方学习的潮流，史称“洋务运动”，旧称“同光新政”（意即同治、光绪年间举办的“新政”，又称“自强新政”）。
洋务运动初期，是在“自强”的口号下筹建近代军事工业和编练新式海军，咸丰十一年（1861）底，曾国藩在安庆设立“内军械所”、“制造洋枪洋炮，广储平实”，是洋务派兴办军事工业的起点。同治三年（1864）安庆内军械所随军迁到南京。安庆内军械所虽然是以手工业制造为主，但却是当时清军的一大武器供应中心。
同治四年（1865）六月，曾国藩、李鸿章在安庆内军械所和上海、苏州洋炮局的物力、人力和技术经验的基础上，收买了美国人在上海虹口地区创办的旗记铁厂一座，又将容闳从美国购买的“制器之器”一并归入，正式成立“江南机器制造总局”，简称“江南制造局”、“上海制造局”、“沪局”。该局由原旗记工厂主科尔任制造技术指导，其一切事宜最初由上海海关道日昌督察筹划，后又任命湖北补用道沈保靖督办。创办经费约用银20余万两。同治六年（1867）江南制造局因厂地狭窄，由虹口移至上海城南高昌庙镇，进行扩建，到光绪十九年（1893），共建成工厂15个，增设方言馆、炮队营、工程处、翻译馆各一个及各种附设机构十多个。建置经费先后用银200万两。江南制造局从事军火生产、轮船修造、机器制造、科技书籍的翻译和培养外语人才。所制造的枪炮、弹药，供应南北驻军，“遍及全国，共达七八十个单位”（主要是湘、淮军）。同治四年（1865），李鸿章将由马格里主办的苏州洋炮局移设南京雨花台，扩建为金陵制造局，简称“宁局”，主要生产枪、炮、子弹和军用物资。到19世纪80年代上半期，已有工厂十余座，用银约五十余万两，所造之枪炮弹药主要供应南北洋驻军。同治五年（1866），左宗棠在福州创办船政局，后由沈葆桢接办。船政局由铁厂、船厂和学堂三部分组成。初由法国人日意格和德克碑任正副监督，雇用工人1700~2000人。原计划五年内造船16艘，创办经费约40余万两银，每月造船经费53两银。同治八年（1869）开始生产，到同治十三年（1874）共造船15艘，这时船政局共有工厂16座，船台3座，先后用银达135万两。光绪元年（1875）船政局由艺局学生主持接办，开始仿造旧式木船。从光绪二年（1876）起，造750匹马力的新式机器铁胁轮船，光绪七年（1881）为南洋水师造三艘2400匹马力、排水量为2200吨的巡洋快船。同治六年（1867），恭辛王奕奏准，由三口通商大臣崇厚在天津办“天津军火机器局”，同治九年（1870）由直隶总督李鸿章接办，改称天津机器制造局，简称“津局”。不久，李鸿章将洋总办密妥士免职，另委沈保靖为总办。天津机器局主要生产火药、枪炮、子弹，供应淮军和直隶团练军。到19世纪80年代上半期，先后共用银110余万两。
在同一时期内，各地还设立许多军火工厂，“唯一省仿造，究不能敷各省之用”，到光绪十年（1884）为止，清政府先后设厂局20所，除江南制造局停办外，其余19所分布在全国十二个省区。19世纪60~90年代的30多年中，洋务派创办军事工业，共用银4500万两，均由国库支出；所有局厂一律归官办；生产的枪炮弹药和轮船均由清政府调拨发给湘、淮军和沿海各省使用；每个厂局均有成群的官吏，机构庞大，洋务派创办洋务首先聘请洋员。
在洋务运动中，洋务派也筹建新式海军。咸丰十一年（1861），恭亲王奕请英人“协助购买欧洲造战舰”。同治元年（1862），两广总督苏崇光与英人议定，向英国购买兵船。同治二年（1863），一支包括大小船只八艘的舰队，由英国海军军官率领到达上海，由于英国人强夺中国海军的指挥权，清政府拒绝接受，这支舰队被遣散。清政府先后用银160余万两的筹建海军活动失败。同治五年（1866），清政府批准了左宗棠的“设局监造轮船”的建议，决定江南制造局、福州船政局各以造船为重点，仿照西方，制造兵船，以装备海军。同治十年（1871），两厂分别造出“惠吉”、“测海”、“操江”、“万年青”、“福星”等兵船数艘。同治十三年（1874），丁日昌提议建立北洋、东洋、南洋三支水师。光绪元年（1875），由两江总督沈葆桢、直隶总督李鸿章等人倡议，经总理衙门批准，拨银四百万两，作为筹办海军军费，准备在十年内建成南、北、粤洋三支海军，后由于财力有限，决定“先就北洋创设水师一军”，沈葆桢死后，海军大权集于李鸿章一身，他在天津设水师营务处，佃理海军事务；又于光绪六年（1880）在天津设立水师学堂，训练北洋系海军军官。同时又用银300万两，从德国购买“定远”、“镇远”两只铁甲舰。光绪七年（1881），李鸿章派丁汝昌统领北洋海军。光绪十年（1884），三洋海军初具规模，南洋海军约有军舰19艘、北洋海军约有军舰15艘、福建海军约有军舰11艘。光绪十年（1884）六月，中法战争爆发，八月，法国远东舰队击毁了福建海军全部舰船，并摧毁福州船政局，南洋海军也受到损失，只有李鸿章的北洋海军保存了实力。李鸿章又向英国订购了“致远”、“靖远”和从德国购进“经远”、“来远”等舰，北洋海军实力增强。在这前后，李鸿章又修建了大沽、旅顺船坞，为修理铁甲舰之用。光绪十四年（1888），北洋海军正式成军，丁汝昌任海军提督，拥有军舰22艘。军事训练由英、德国人操纵。光绪二十年（1894），北洋海军在中日甲午战争中全军覆灭，结束了北洋海军的历史。
洋务派在开办军事工业的活动中，需要巨额经费，使他们感到“百方罗掘，仍不足用”，认为外国资本主义以工商致富，由富而强，认为“求富”是“求强”的先决条件，因此，洋务派仿照西方，开展了建立民用工业的“求富”活动，借以达到“兴商务，浚饷源，图自强”的目的。
从19世纪70年代开始，洋务派采取了官办、官督商办和官商合办的形式，创办民用工业，包括采矿、冶炼、纺织、交通运输等等，到90年代中期，共办几十个企业。
同治十一年（1872），李鸿章派漕运委员朱其昂创办轮船招商局，这是洋务派创办民用工业的开端。轮船招商局共招商股73万多两银，海关拨官款190多万两银，官督商办。总局设在上海，在上海天津等地设码头，代政府运漕米等。光绪二年（1876），李鸿章派唐廷枢筹办开平矿务局，光绪三年（1877）九月在开平正式创立，招商股80多万两银，官督商办。光绪三年（1878）开井。次年使用外国机器，按新式方法开采。光绪七年（1881），开平矿务局每日出煤“五六百吨之多”。十余年后，开采量增加，每日“可出煤一二千吨”，且“煤质极佳，甲于地处”。光绪五年（1879），李鸿章在大沽和北塘海口炮台试架设电报到天津，“号令各营，顷刻响应”。光绪六年（1880）九月，李鸿章在天津设电报总局，由盛宣怀任总办。电报线由天津沿运河南下至上海等地，以后又架设了上海至南京及南京至汉口的线路，光绪八年（1882）四月，电报局改为官督商办。招商股80万元。光绪十年（1884），电报总局迁往上海，并在各地设电报分局。光绪十六年（1890），即电报总局成立十周年时，电报线已遍布全国各地。光绪七年（1881）成立黑龙江漠河金矿，商股7万两银，官款13万两银，官督商办，李鸿章派吉林候补知府李金镛办理。光绪十五年（1889），用新式机器开采，这一年产金18961两。同年两广总督张之洞主持兴办汉阳铁厂，由清政府拨款200万两银作资金。光绪十六年（1890），在大别山下动工兴建，光绪十九年（1893）完工，共建十厂。官办无款可筹，后由盛宣怀接手，改为官督商办。光绪二年（1876），李鸿章和两江总督沈葆桢开始议办上海机器织布局，光绪五年（1879）派郑观应筹办，光绪八年（1882）成立。招商股银达50万两，采取官商合办形式。该局享有十年专利，不许民间仿办。光绪十六年（1890）开工，营业兴隆。光绪十九年（1893）失火、损失约70多万两银。光绪二十年（1894）又设华盛纺织总厂，下设十个分厂。光绪十六年，张之洞任湖广总督时，将原设广东织布局移至武昌，创建湖北织布局。光绪十五年（1889）八月底，张之洞在两广总督任期内奏准在广东设织布局，后张奉调湖广总督，织布局随之迁往湖北，由于筹办资金困难，张之洞先后向英国汇丰银行借款16万两银，于光绪十七年（1891）开始建造厂房，光绪十八年（1892）年底才正式开工，尚有盈余。
洋务派在19世纪70年代后的二十几年里，先后创办了41个资本主义性质的企业，到光绪二十年（1894）尚存30个，共计资本约计3900万元。这是中国早期的官僚资本。
此外，洋务派从同治元年（1862）起，先后设立京师同文馆、上海方言馆、福建船政学堂和天津水师学堂等二十多所近代学校，培养外语和近代科技人才。从同治十一年（1872）至光绪十二年（1886），清政府还向欧美国家派遣近200名留学生。
随着北洋海军在中日甲午战争中覆灭，洋务运动也宣告破产。
京师同文馆的设立