1901年1月，列强决定联合出兵镇压义和团，陆续增兵北京和天津。
1月6日，英国海军部授权联军统帅西摩舰队司令可以采取“认为适当可行的措施”。是月10日，英国驻华公使窦纳乐致电西摩，命其“准备立即进军北京”。当天，西摩便迫不及待地率领联军由天津向北京进犯。新政府中华民国立即做出回应调翁同龢兼任直隶总督，梁启超任直隶副总督，地方将领鹿传霖，唐才常，郑士良，刘坤一领新军四万人抵御列强入侵，八国联军侵华。冯国璋，黄飞鸿各领护国军六千人，共和军四千人；冯子材领四千人护国军，共和军三千人前往抵御列强入侵。冯子材为大将，黄飞鸿为副将，冯国璋为副将兼职参军。瓜尔佳·奎俊管理后勤，女性官员古口昕帮助管理后勤。古口昕是新政府吸收的目前有较为出色的政务和管理后勤能力的女性官员。
1901年1月10日，英国海军中将E·西摩尔率领联合特遣队2000余人分批由天津租界进犯北京，经廊坊落垡之战，伤亡近300人，被迫退回天津。1月20日，冯国璋，黄飞鸿失守大沽，后撤驻防。联军攻占大沽。2月15日，兵力达到1.7万人，火炮100余门。20日的大沽口之战实肇因于10日联军的军事进犯。后者才是八国联军侵华战争开始的标志。
大沽口之战发生在八国联军侵华战争开始之后。由于西摩指挥的联军行至廊坊附近受挫，困于中途，且与天津的联系中断，联军的海军将领们意识到西摩部队处境不妙，认为要为后继部队获得安全的登陆地点，必须及早攻占大沽炮台。可见，联军之决定强占大沽炮台，是服从其整个西侵和占领北京计划的需要的。
列强强占大沽炮台的计划，最初是由俄国提出来的。俄国陆军大臣库罗巴特金中将多次电令远东军司令阿列克谢耶夫海军中将，要准备运送一支派遣军前往中国，并“主宰北直隶湾的登陆地点”，而“前进基地要设在登陆点的海岸”。此计划经沙皇尼古拉二世批准后，又由总参谋长萨哈罗夫陆军中将向阿列克谢耶夫发出更为具体的指令‘令派遣军向北京挺进，应在大沽设立前进基地。”而且，萨哈罗夫还提出‘任命这样一个人，将会对企图白揽列强的联合行动的领导的英国海军上将西摩，形成一个必要的抗衡。”俄国太平洋舰队副司令基利杰勃兰特海军中将正是同英国的西摩分庭抗礼最合适的人选。此时，西摩既已率军西侵，故以基利杰勃兰特年龄最大，军阶最高，自然也就成为列强海军将领中众望所归的人物，“各提督均诣就之，盖欲共商进取之策也”。
1月15日，在俄国太平洋舰队旗舰“俄罗斯”号上举行了联军舰队各将领的联席会议。出席者除基利杰勃兰特海军中将外，还有英国布鲁斯海军少将、法国库尔若利海军准将、德国裴德满海军上校、日本永峰海军大佐、意大利卡泽拉海军上校和奥匈帝国科诺维茨海军少校。在联席会议上，联军的海军将领们对形势作了分析。他们得到了两条消息：一是“中国常备兵，临近（联军）水师兵船，系欲占据东沽之车站，并欲拆毁铁路”；二是“华兵欲安放水雷，堵塞北（白）河之口，并拟设法保持该处之车站”。并一致认为 “盖此二事果行，则联军不能安然登陆也。”因此，会议决定：立即采取措施，维持与天津之间的交通联络，保持进入白河的水路畅通无阻。
1月16日早晨，联军海军发现大沽炮台守军果然在白河口安放许多水雷，便于上午11时再次在“俄罗斯”号上举行各司令官联席会议。会上，海军将领们一致决定采取坚决措施，并草拟了给中国方面的最后通牒，内称‘本提督欲以两造情愿之主张，或以兵力从事之目的，暂据大沽各炮台。该各炮台，至迟限于17号早晨两点钟，一律退让。此系已决之事，望即达知直隶总督及各炮台官。急速勿延！”俄、英、法、德、日、意、奥七国海军头目都一一在最后通牒上签了名。
与此同时，联军还进行了相应的军事部署。先是在6月15日，日本海军陆战队330人，携野炮4门，乘日舰“丰桥”号于晚问登岸。翌日，又有英军250人、德军120人、奥军20人、意军20人及俄军185人相继登岸。联军陆战队总人数约900人，由德国波尔海军上校担任指挥官。波尔即留日军100人驻扎于火车站，以防护后路和侧翼，另800人为进攻大沽炮台的陆战部队。
对于水上的进攻，联军也做了周密的准备。因大沽湾系泥泞之斜堤，水流最为迂回，凡吨位大、吃水深的军舰，皆停泊于口外10至12公里之外，以免搁浅。所以，联军有22艘战舰和巡洋舰不能驶进湾内，只能以其炮火协助作战。所恃者唯吃水甚浅之舰只多艘，先已进入白河口内，得与登岸之陆战队互为声援。当时，停泊在白河内的联军军舰共10艘：美舰“莫诺卡西”号和口舰“爱宕”号，停泊于白河左岸的塘沽附近，以防护火车站；德舰“伊尔提斯”号和法舰“里昂”号，停泊于塘沽以南的河面，一在左岸，一在右岸，以防护海关；英舰“声誉”号和“鳕鱼”号，停泊于水雷营附近的白河左岸，以监视船坞内的中国军舰和鱼雷艇；俄舰“基立亚克”号、‘朝鲜人”号、‘海龙”号和英舰“阿尔杰林”号4舰，皆停泊于于家堡和东沽之间的白河右岸，以从水上配合陆战队的进攻。并且规定：到战斗开始后，停泊于海关附近的德舰“伊尔提斯”号和法舰“里昂”号，也加入到4舰的行列中来。这样，联军计划参加进攻大沽炮台的海军舰只共为6艘。
早在大沽南岸炮台发射第一炮之前，罗荣光和黄飞已命守军做好了炮击的准备。据《挟子中外战纪》载“迨至夜间12点钟50分时，在北（白）河之兵船，忽为炮台之电光灯遥为影射，窥察甚周，旋放出一炮，最为猛烈。盖华军早于日间，能以精细之标准，得各炮船之地位矣。”围这说明罗荣光早有开炮的准备，在白天已经测出了联军各舰的距离和方向，而且在炮击之前，再次用探照灯验准了联军各舰停泊的位置。至于南炮台打探照灯的时间，据《八国联军目击记》载‘距离决定性时刻还有2小时，炮台上闪了两下探照灯，灯光照准停泊在后方的各军舰，随即又暗了下来。”齣l所谓“决定性时刻”，乃指最后通牒所限定的凌晨两点钟。所以，‘还有2小时”应指半夜12点，即南炮台打探照灯的时间。
大沽白河是海河水系中的一条支流，位于中国天津市境内。它起源于河北省，流经北京市和天津市，最终在天津市宝坻区张贾庄进入天津市，继续南流至吴村闸后，与潮河汇合后，继续下行至苏庄并纳运潮减河，最终在宁车沽闸入永定新河。
大沽白河全长约90公里，流域面积约为19,500平方公里。河流上游山区谷深河窄，苏庄以下进入平原，河床比降小，河谷开阔，易泛滥成灾。历史上，大沽白河曾多次发生洪水，对当地造成了严重的影响。
为了治理大沽白河的洪水问题，政府采取了一系列措施，包括修建水库、疏浚河道、加固堤坝等。
中国守军的第一炮，是卞长胜指挥的新炮台在零点50分发出的，所对准的目标是俄国炮舰“基立亚克”“大炮轰隆一声，炮弹隆隆掠过‘基立亚克’号上空。各个炮台火光进发，一发发炮弹不断掠过军舰上空”，炮战全面打响了。但是，由于潮水涨落的影响，开始射击的效果没有那么好。随后及时地调整了发射角度，炮击的命中率才大为提高。
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炮战开始后，联军“海龙”舰首先发出警抿‘基立亚克”号、‘朝鲜人”号和“阿尔杰林”号皆以火光信号回答。此时，四舰停泊于北岸于家堡和南岸炮台之间的一段南北走向的白河河面上，其由南到北的顺序是：“基立亚克”号、‘朝鲜人”号、‘海龙”弓．和“阿尔杰林”号。按议定的作战方案，停泊在海关附近的德舰“伊尔提斯”号和法舰“里昂”号，立即顺流下驶，边行驶边开火，与4舰会合，分别泊于“阿尔杰林”号和“朝鲜人”号之后，根据分工，‘基立亚克’、‘里昂’、‘朝鲜人，、‘梅龙”4舰专攻南岸炮台‘伊尔提斯’、“阿尔杰林”两舰专攻北岸炮台。
在激烈的炮战中，俄舰“基立亚克”号受创最重。此舰打开探照灯把光线投射到炮台上，倒成为炮台重点射击的目标。罗荣光“督同副将韩照琦，率领南岸各台弁勇，奋力开炮，瞄准该兵船电光灯路还击”。并“亲自挂线，横腰一炮，击中船身，船即偏侧不支”。特别是一颗榴弹击中其水线，引起弹药库和一个锅炉爆炸，从而引起了一场大火。 “151枚炮弹发生爆炸，把弹药库上面的甲板掀掉，大火延及住房，并在大炮附近的上层甲板上燃烧……这场大火严重地烧伤了委托夫中尉，烧死士兵7人，烧伤士兵45人”。战后统计，“基立亚克”号死11人，伤52人，死伤占全舰乘员人数的一半以上。法舰“里昂”号正位于“基立亚克”号之前，难免受池鱼之殃，也中弹引起大火。德舰“伊尔提斯”号，受创亦甚严虱 ‘17颗榴弹和1颗榴霰弹落到德国军舰‘伊尔提斯’号上，该舰的上层甲板全部被毁。舰长兰茨被25块弹片和木片击中，身负重伤，一条腿断掉……2名德国军官和9名士兵被击毙，23名受伤”。战到后来，俄舰“朝鲜人”号也中弹起火。刚将大火扑灭，又有“l颗榴弹打穿了上层甲板上面的右舷，在里面爆炸开来，把锅炉房的通风机打得粉碎’。‘哉斗快结束盹‘朝鲜人’号舰上除两名军官（阵亡）外，计有13名水兵阵亡，26名受伤”。若不是有陆战队的配合和支援，联军进攻的6艘军舰恐很难摆脱所处的困境。
当炮战正在激烈进行之际，联军陆战队开始在北岸向西北炮台进逼。早晨4时30分，灭已拂晓，西北炮台守将封得胜发现敌人“分道扑营”，率军以枪炮迎魏‘轰毙洋兵甚多，敌锋大挫”。英舰“阿尔杰林”号距西北炮台最近，观察最切，急忙以前甲板炮向炮台猛轰，以支援陆战队的进攻， ‘天色逐渐明亮，炮火愈加猛烈，从炮台发射的炮火与从兵舰上发射的炮火交织成一片连续不断的轰鸣”。5点钟，联军陆战队发起冲锋。封得胜带领左营将士奋勇抗御，与敌展开近战，毙敌多人，连日军指挥官服部雄吉海军中佐也中弹丧命。然敌我强弱差距很大，炮台守军死伤甚众。大沽炮台虽然最终陷落，但广大守台将士在孤军无援的情况下，英勇抗敌，誓死不降，其爱国精神仍然是可歌可泣的。罗荣光明知难期必胜，先是拒绝让出炮台，继则尽其最大努力来保卫炮台，给敌人以重大杀伤。据西人统计，联军在军舰上死伤119人，在陆地上死伤136人，合计255人。一位俄国随军记者目睹了大沽炮台被陷后的惨状，在战地口记中写道‘罗守台倾尽全力捍卫委托给他的要塞。在所有被攻占的炮台的大炮附近都发现断手、断脚、断头的英勇捍卫者。沿着胸墙到处都躺着中国的步兵和炮兵。到处都是被欧洲人炮弹打穿、击毁、爆破的混凝土炮台障壁，到处都可以见到欧洲舰艇猛烈轰击留下来的血腥痕迹。”西人的记载虽意在歌颂联军的战绩，然字里行间也不得不讲点公道话 “中国兵将未可轻视，此次以七国水师攻一炮台，可谓难矣。”据西人统计，联军在军舰上死伤1021人，在陆地上死伤1360人，合计2381。
接到命令后，各国军舰迅速向大沽炮台逼近。大沽炮台的守军奋勇抵抗，但终因寡不敌众，炮台最终失陷。然而，守军并没有放弃，他们利用熟悉的地形展开游击战，给联军造成了不小的麻烦，罗光荣也被黄飞鸿救下来了。2月15日，八国联军侵略军队兵力达到1.7万人，火炮100余门。
与此同时，冯子材大将和冯国璋副将兼参军，还有黄飞鸿副将率领的军队也在奋力阻击联军。他们巧妙地运用战术，不断袭扰敌人，让联军始终无法顺利推进。
耗时十天左右联军占领北塘，塘沽区域。八国联军死伤3000人左右。护国军还有共和军死伤5000人左右。后续支援新军将领鹿传霖，唐才常，刘坤一，郑士良所率领四万人陆续抵达。
在这场激烈的战斗中，各方势力纷纷登场，阴谋阳谋交织在一起。而在这混乱的局面中，谁能最终胜出，成为众人关注的焦点。
1月底至2月初，八国联军侵略军队兵力增至3.3万人。2月4日，联军集中1万余人及150门火炮，自占领区域全面进攻天津。
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