所以直到11月中旬，孤拔还在犹豫。“先打山西还是先打北宁，我还不能确定……我将根据到那时所了解的情况，根据我炮舰能开到的地区水的深度来决定。”这里孤拔所考虑的，也正是李鸿章战前所最担心的，即如何充分发挥法军的水上力量优势，以事半功倍的非对称作战击败清军。最终，法军依靠领先的知识与技能，在对红河进行了大量探测后，还是找到了一条可供军舰于11月份通行的航线。
法军在战术上的准备也很充分，他们反复分析了黑旗军的战术特点，认为黑旗军虽然准备低劣，但斗志旺盛，勇于发动敢死冲锋，尤其擅长贴身肉搏。相反法军的优势主要在组织与火力。所以黑旗军总是巧妙的利用地形、密林与夜晚的掩护，悄悄接近法军，突然发动集群冲锋，与法军贴身混战。如此一来，法军关于现代化战争的指挥、训练、协同……统统失灵，火力优势也荡然无存。
所以此次作战，法军注重维持组织的完整性，强调各兵种间的密切协同，高度发挥火力优势来对付黑旗军的集群冲锋。
制定计划的同时，法军的后勤工作也在紧锣密鼓的进行中。他们集中兵力，聚集粮弹，加宽道路，整顿河运，征召民夫。大有灭此朝食之气。
同时，外交战线也在忙碌。光绪九年十月二十二日，十月二十九日，曾纪泽与茹费理连锁会晤。曾纪泽提出了中方的最低要求：以红江作为中法政治势力的分界，即北宁与山西必须交由大清负责守备。
对此，茹费理表示无法接受。因为“山西、北宁、河内为东京鼎足要害之地，譬如门户锁钥。倘听敌人占据山西、北宁，势成犄角，则河内永无安枕之日”，无异于“法无所取偿，而中国坐收广地之利”。相反，茹费理的方案是沿中国边界的山区分界，因为“大凡立界首重山险，江河次之，今欲舍高山就纡回湾转之红江，殊非笃论。”“中国本有山岭之界在此，足称天堑。”自然无须沿红江分界。
外交协商无果，新的爆炸性消息却不断传来。十一月初七，法国下院就越南增饷问题，进行了表决。这场辩论自四月二十六日开始，迄今已逾半年，可谓“马拉松式”辩论。为阻止法国增加远东军费，曾纪泽进了最大努力，先后争取到八十余名议员反对该提案，但终于寡不敌众，茹费理的提案最终还是以三百余票赞同获得通过。茹费理乘胜进军，于十一月十五日提出新一轮增加军费的提案。十一月二十日，法国议院投票表决，再次以压倒多数票通过。
法国人刀已出鞘，大清国内，清流派的又一个健将张之洞却又唱起了不急不缓的高调。时间是下院第一次表决的六天前（光绪九年的十一月初一）。他认为，中法和战事关大局，固宜集思广益，但“制胜之要，则尤视圣心之定与不定耳。”
一句话，关键就在于年过半百的皇太后与未成年的皇上能不能统一全国人民的思想，一致对外。只要能做到这一点，“心定则气壮，气壮则力果；心定则神闲，神闲则智出。主饷主兵，任谋任战，各竭其能，各效其力，十八省合为一身，南北洋联为一气，人谋既和，天道佑之。诚能如是，不必合天下之全力，即广东省城之义民，足以破法人而有余矣！”
那万一打输了呢？
张之洞说：“万一屡战不胜，多索兵费若千万，亦不过多扣一年洋税三四成而已；即他国亦欲均沾，不过以合众通商一策了之，于我无甚出入也。若战而胜，则越地可保，兵费可免，国势可强。夫必战并无不测之虞，罢兵则必受要挟之累，利害相权，岂有罢兵之理乎？”
与张之洞的高调遥相呼应的，是慈禧太后忽然莫名其妙膨胀起来的自信心。
她一扫此前“刘永福未可深恃”的担心，先是在八月初四(9月4日)以往来边营、联络刘永福有功为依据，赏唐景崧四品衔。一个月后，则赋予了唐景崧以激励刘永福再接再厉、继续抗法的重任。同时，广西巡抚倪文蔚及其后任徐延旭相继接到相同的指示，奉命督饬关外防军，接济黑旗军。似乎是考虑到了西南地区的民穷财单，慈禧索性在9月22日假小皇帝之手颁发谕旨，由中央宣布公开拨给刘永福10万两白银应急。同时调集军队自广西、云南进入越南北部地区。
张之洞话说得潇洒，西太后调兵遣将得痛快。可惜，在国际关系中，潇洒与痛快都是要讲实力的。就在法国下院表决10天之后，他们心目中的无敌部队——黑旗军，丢掉了重镇山西。
战场素描
作为越南山西省省会的山西城，北靠沱江、宣江、富良江（红河的一部分）三江交汇的三江口（又名白鹤、屯鹤），西通兴化，东接河内（相距35公里），水陆交通枢纽所集，是由北圻进入中国云南的枢纽要地，战略地位非常重要。
具体到山西城本身。该城背水环山，易守难攻。本城建在一座不高的小山上，距红河约2公里，呈一个巨大的同心双层城墙防御结构。外围砌有5米高的砖墙，形成纵横均为300米的四方城廓。城墙上插满了外突两米，交叉相系的竹桩，防止入侵者登城。每面城墙的中央均有一座直径达30米的半圆形箭楼。城廓内有一座高18米的塔楼，作为制高点可俯瞰全城。城墙外则有护城河掩护。
河宽约20米，深约3米，内注1米深的泥水，进了城内，还有一堵高四至五米的土质女墙，墙上有炮眼，墙外有5米宽的注水壕沟。沟上布满由未经修剪的干竹构成的鹿砦。沟与墙之间，还有一道三至四米宽的坡径，长满八至十米高的青竹。
山西城外围的村庄与庙宇均被加固成据点，以竹丛和土墙屏护，墙上开有射击孔。城北5里处的河堤高出地面5米，瞰制红河河道，是法军水路迂回的大障碍，自然也就成了刘永福重点经营的防御据点。
守军首先将河堤加固为一个巨大的炮台。“在两条河堤顶端，架着两门有掩体的大炮，可对着河堤纵射，这些大炮由两座小碉堡保护着。北面的碉堡装有六门有掩体的火炮，可向河流轰击；南面的碉堡则可向河堤与山西城之间的地段扫荡。”
守军同时又在河堤东部靠近红河的浮沙村周围，构筑了坚固的工事。工事内的火器可对红河作横向扫射，同时在红河岸边布置了一门可纵向射击的160毫米口径的火炮（有坚固掩体的屏护）。这样就置进攻的法军于可怕的交叉火力之中。
从河堤到北门还修筑了五道木栅工事，以作后续抵抗。
双方实力对比
从守备兵力上讲，除刘永福的三千余黑旗军与黄佐炎的二千余越军外，黄桂兰派出了贾文贵、田福志两营，岑毓英派出了莫东成等三营增援山西。这五营兵力按编制应有2500人，但实际上不过1600人左右。他们穿黑旗军军装，打黑旗军旗号，协防山西，这样山西守军的兵力就达到了近七千人。清军还相继将几批军火、粮饷暗济刘永福，其中包括二十余尊铲去字迹的云南自铸开花炮。
但到山西会战爆发前夕，五营清军中的三营又被调走。这样守军的人数当在六千余人之数。
最后的部署为：七营守北门河堤（黑旗军右营、武烈营、新兵四营，桂军李应章营），四营守东门（黑旗军的前、左、正、副四营），一个半营守南门（黑旗军李唐营，桂军贾文贵半营），滇军三营守西门。另黄佐炎的2000越军则散布南门外的乡村中。刘永福在外城指挥作战，唐景崧率80名亲兵坐镇内城。
十一月十一日（12月10日），刘永福命以前穿黑旗军军装、打黑旗军旗号的清军，换上正规军装，升大清军旗，“列队三日，以示（山西）为我（正规）军驻扎之地，犯必开仗。”
山西是这样失守的
十一月十二日（12月11日），6000法军分为水陆两队离开河内，直开山西。
水路以大炮舰3艘、小炮舰和民船数十只，载兵三千三百余人，溯红河西上；陆路则以二千六百余人经丹凤渡喝江，取陆道逼山西。战斗在十一月十五日（12月14日）上午九时打响，于十一月十七日（12月16日）深夜结束。虽然守军早已获悉法军的行动，并且长期以来一直在做守备工作，也并非没获得援助，但最终依然无法改变山西失守的悲剧结局，原因就在于，双方实力相差悬殊太大。
从兵力上讲，守方7000，攻方6000，守军略占数量优势，再考虑到我守彼攻，这个优势也就更大。可是单纯的数字与防御本身都不足以构成战斗力。我们常说，决定胜负的本本因素是人。这话对不对？对，很对。但问题在于，我们如何理解“人”这个概念。
早在二千多年前，我们的老祖宗就明白了一个道理。比爪论牙，人类远不如老虎，但人类却可以坐在老虎皮上，原因就在于人类“善假于物”。什么“物”？
“物”就是载体，就是平台，就是力量倍增器。往前推导，有“物”的研制与生产；向后延伸，又引出“物”的组合与应用。具体到军事领域：你能给士兵提供什么样的武器，我能给士兵提供什么样的武器，这是知识与财富的差距。
同样的武器，你怎么组合，我怎么搭配，这是思想的差距。
你能征到什么样的士兵，我能征到什么样的士兵，这是国民素质的差距。
同样的士兵，你能打什么仗，我能打什么仗，这是教育与训练的差异。
所有这一切都不能离开人而存在。“物”的差异归根结底也是“人”的差距。
所以说富国强兵的根本在教育。大清国的可怜，正在于李鸿章要对科举制度来点小手术，也要被骂成以夷变夏。到头来，枪不如人，炮不如人，组织训练后勤亦样样不如人。如此“不如人”还能打胜仗，那么知识的作用，生产力的进步意义何在？
具体来看山西之战。
十一月十五日（2月14日）上午九时，法军在舰炮与哈齐开斯机枪的火力掩护下，大举进攻浮沙村。激战至中午十二时，浮沙村易手。刘永福急调东门的黑旗军前来增援，发起反攻。约五个营的黑旗军穿插至陆上法军与水路法舰之间，侧击法军。对于这次穿插，英国随军记者斯各特如是评论：“他们的迂回动作是聪明的设计出来的：华军就在法军及舰队之间，所以舰队不敢开炮……”
似乎第二次纸桥大战的一幕又要重演。可是，那次黑旗军之所以能一口气冲到法军100公尺处乱枪齐发，是因为李维业缺乏足够的兵力与火力。这一次，吸取了以往多次受挫教训的法军已经做了预防准备。
孤拔见状不妙，立即下令停止进攻，就地转入防御。以密集的野炮火力加机枪扫射，最终遏制了黑旗军的进攻。下午四时，法军在连续击退黑旗军两次大规模反攻后转守为攻，激烈的争夺战围绕河堤工事而展开。
黑旗军借助茂密的竹林掩护，射出致命的枪弹。在法军受伤人员中，有一位军官曾参加过普法战争中的梅斯会战，他说，这一战黑旗军的步枪火力超过了他在普法战争中亲身经历的两场战斗中的德军火力。甚至连素以勇猛着称的非洲外籍兵团中的一队士兵也丧失了进攻意志，无论长官如何“威吓、请求及命令”，他们就是不离开防御所。苦战持续到一小时后，法军在强大炮火的支援下，在付出惨重的代价后，终于夺取了关系全局的河堤防线。据斯各特记载，守军在撤离河堤防线后，还没忘了不时停下来向后面的法军开火。
河堤防线的失守，令刘永福既惊且怒。唐景崧建议收兵入城，“分段固守”。
但刘永福认为，若不能规复河堤防线，任凭法军水陆夹击，我军则坐困愁城，必难久撑。于是唐景崧又提出了“夜袭”的建议。这个建议为诸将一致采纳。
刘永福悬重赏组织了敢死队，决定于当晚四更发起反攻。并宣布：第一个登上河堤者，准保守备花翎。
十六日（15日）凌晨一时许，夜袭如期发起。在毫无征兆的情况下，守军突然以火箭猛射前一天还是黑旗军兵营的法军临时宿营地，同时以手持大刀的突击兵排除竹制障碍物，突入法军阵地。由于当晚月色极佳，所以限制了黑旗军的奇袭效果。相反却有利于法军发挥其火力优势。激战持续了四个多小时。清军三次杀入法军阵地，又三次被法军赶出。当黑旗军最终决定放弃夜袭时，他们并不清楚的是，法军也已接近崩溃的边缘。只是由于非洲外籍兵团的奋勇作战，才勉强稳住战线。当法军听到清军撤退的号筒声时，无不连呼幸运。
外围战斗至此结束。法军死亡失踪共计70人，受伤180人（内两名上尉与一名中尉战死，10名军官受伤）。清军伤亡再次不详。
总的来讲，第一天上午主宰战场的是法军的舰炮。其超强的火力，轻而易举的把守军长期经营的“浮沙要塞”轰成了焦土。下午和晚上主宰战场的是法军有素的训练再加机关枪与速射炮。它们共同粉碎了守军的反击，攻克了城北河堤阵地，又击退了守军的大规模夜袭，守住了白天的战果。
第二天双方都忙于调兵谴将，很少直接冲突，只有法军进行了一整天的火力打击。第三天，交战的重点转向西门。西门守军薄弱，又最为难守，城墙正面中间还有一个30米宽的斜面缺口。但法军仍经历了一天激战，才在黄昏突入城内。
在攻城的过程中，法军又付出了15人阵亡（内上尉一人），60人受伤（内军官5人）的代价。守军进行了顽强的巷战，但已难以挽回大势，遂于深夜经南门和东们退出城外，绕道撤往兴化。
是役法军死伤411人，黑旗军50名伤员被俘，死伤不详。
