9月6日，咸丰帝下达对英国与法国的宣战上谕，朱谕军机处和王大臣绵愉、载垣、端华、肃顺等；“严饬统兵大臣，整顿师律（旅），调集各路马步诸军与之决战。”9月10日，联军先头部队三千余人，自天津向通州方向前进。咸丰帝得悉英、法公使坚欲带兵径赴通州的消息，“决战”的决心又开始动摇，派怡亲王载垣、兵部尚书穆荫取代桂良等为钦差大臣，由通州前往天津，同英法继续谈判，企图挽回“抚局”。双方在通州进行会谈，巴夏礼除坚持原先提出的条件外，又增加了互换和约时须面见皇帝亲递国书，以及将张家湾的清军全部撤退等要求。由于双方争执不下，谈判于17日彻底破裂。巴夏礼随后乘马离去。僧格林沁随后截获巴夏礼、罗亨利和士兵等39人（26位英国人，13位法国人）。
9月18日联军先头部队自河西务越过马头，推进到张家湾附近。咸丰帝再次下谕与英法决战。
10月13日，北京打开城门，向联军投降。
从十月八日至十六日，恭亲王先释放巴夏礼等人，然后陆续释放其他人，最初总共被扣留的有39人，活着回来的只有18人，有21人被虐待致死，有些人的尸体被大卸八块，有些人的尸体腐烂得认不样来，还有些人根本找不到尸体。随行牧师莫吉（R.J.L.M. Ghee）报告：
“我从未见过比这更让人怜悯的情景了……他们几乎不能走路，拖着双腿向前挪动。 他们的手以一种痛苦的姿势放在胸前，这还能叫手吗？ 都已经被扭曲得变了形，有的手腕上的伤口已经溃烂，有的手上被绳索捆绑造成的肿胀还没有消下去，有的手就像鸟爪子一样蜷曲著看上去好像已经坏死萎缩了，人们还了解到，他们身体的畸残状况，是由于手脚被浸湿的绳子紧紧捆在一起而造成的。这些俘虏就这样被捆绑着，任凭风吹日晒雨淋，而且长时间内得不到喝水。由于四肢的血液循环被截断，肌肉肿胀溃烂，伤口化脓，生满了蛆。这些幸存者的证言全部或部分的发表在英国议会文件或战争记载里，它们表明所有的死者，都是由于这种虐待的结果。”
1860年10月18日，英法联军洗劫了圆明园。第八代额尔金伯爵得知英国谈判代表的遭遇，令英国第一步兵师的官兵放火烧毁圆明园，以教训咸丰帝。大火持续了两天，300多名太监和宫女葬身火海。联军在北京城郊抢掠烧杀近50天，清漪园、静明园、静宜园、畅春园等均被付之一炬。法国作家维克多·雨果曾对此给予强烈谴责，认为此事为“两个强盗的胜利”。事后英军贴出布告：
“宇宙之中，任何人物，无论其贵如帝王，既犯虚伪欺诈之罪，即不能逃脱其应有之责任与刑罚。兹为责罚清帝不守前约及违反和约起见，决于九月初五日焚烧圆明园，所有种种违约行动，人民未参与其间，决不加以伤害，惟于清室政府，不能不惩罚之也。”
第八代额尔金伯爵詹姆斯·布鲁斯得知之前被清军掳去的英国外交人员被清军虐待至死后，下令英军焚毁圆明园作为报复。这些英法使节遭到清国政府的凌虐，许多人在审讯时死亡，不过这段过程往往被中国历史记载所忽略。