问题的关键不在于基隆究竟还能再守几天，而在于法军强大的海上力量——这是刘铭传所无法改变的。至于孤拔的决心，则随时可能发生变化。刘铭传不会为了一座早晚还要放弃的城市的多守几天，而冒全面崩溃的风险。这才是内行的判断。相反，后人的纸上谈兵，貌似诸葛转世，实则只是一帮假道学而已。更重要的还在于，刘铭传认为，若“法人聚于基隆，则沿海不致处处窥伺”，等于牺牲一处，照顾全局。基隆早晚要放弃，最大的障碍不在于敌军的干扰，而在于己方舆论的无知。在这种情况下，淡水的告急无疑正是放弃基隆的最佳“借口”，一个稍纵即失的“借口”。
狮球岭的控制，已经使孤拔的陆上力量扩张至极限。他不敢再冒险深入远方充满未知的深山。也直到这时，他才意识到，问题的死结，还要在沪尾解开。而刘铭传已经在淡水做好了准备，他的作战计划还和上次基隆之战一样：诱敌深入，三面设伏，正面堵截，两翼夹击。
八月十六日（10月4日），利士比终于得到增援。这样利士比就拥有了七艘军舰和六百余名登陆部队。只是由于天气突变，浪大风急，利士比的进攻才被迫暂停，一直拖到八月二十日（10月8日）才得以发起。
这里值得注意的是，利士比在得到增援后，大胆地修改了孤拔的作战计划。
按原计划，夺取水雷控制站，和大举登陆是两个相对独立的环节。而且登陆与否要视基隆方面的战况演变及对清军实力的进一步掌握之后再作决定。但利士比却决定在二十日这天，一上来就投入主力登陆。先夺取水雷控制站，接着便向内陆推进，荡平淡水清军。这就意味着法军无法像第一次基隆大战那样，获得事先的抵近舰炮火力清扫。而4000清军业己张网以待。
由于专业陆战队员的缺乏，为了凑人数，法军将军舰上的闲散人员（如储藏室的保管员，管桅樯的助手）集合起来，发给步枪，总算凑了一支600人的登陆部队。这些法军被分为五个连，另加强两个鱼雷艇班。每人携带一天的食物，每名步枪兵配弹16盒。指挥官原定为马丁，但因其风湿病发作，故临时改由波林奴指挥。
很显然，这是一支拼盘式的武装。而法军却以为靠了这些“带步枪的水手”就可以“像武装游行一样”轻取淡水，正应了中国人的一句老话：骄兵必败。
二十日（10月8日）上午八点，法国军舰开始猛轰沪尾北岸海滩守军营地。
九时半，法军分乘武装小艇和平底驳船，抵达预定登陆场。在猛烈的舰炮火力掩护下，兵分三路的法军无一伤亡地轻易登陆。整个过程，法军未遇到抵抗，一切就像一场武装游行。按法军的原计划，陆战队在北岸海滩登陆后，应避开丛林地带，经红炮台山坡绕至白炮台东侧，夺取水雷控制站，引爆水雷，以打通港口航道。然后军舰就可以长驱直入，支援陆战。但现在，登陆的轻易成功进一步滋长了法军的自大。法军误认为中方已望风而退，他们再次改变作战计划，决定不再绕路去夺取水雷引爆点，而径直杀向白炮台，直接向内陆推进。
当法军接近丛林地带后，忽然遭到孙开华部两营伏兵的正面火力拦击。同时，埋伏于红炮台后的章高元和刘朝佑两部伏兵，也杀向法军右翼，形成夹击之势。约十时十五分，两方交火。不到十分钟，火线已延至1000米长。
中午十二时许，孙开华亲率卫队发起正面反击，张李成部民兵则渗入法军侧后狙击。面对清军的猛烈攻击，法军疯狂射击，勉强稳住阵脚。波林奴担心弹药消耗过大，于是下令放慢射速。不料号兵却恰于此时头部负伤倒地，命令只有以口头传达。这样一来，就大大影响了命令传递的速率。更糟的是，这些“带枪的水手”远非越南战场上的百战陆师可比，很多士兵虽然收到了放慢射速的命令，但仍近乎歇斯底里地狂射。结果可想而知。
十一时四十五分，一名法国陆战队员在港口灯台的石山上，发出了手语信号：军火用尽，损失严重，被迫撤退。
法舰匆忙开炮，进行火力拦阻。以掩护登陆部队撤退。约午后一点半钟，战斗结束。
是役法军战死9人，失踪8人，受伤49人，合计66人。清军伤亡约300人（内约100人阵亡）。控制了战场的清军，开始清扫战场，其中一项工作就是，将法军遗落的尸体逐一斩首，标于枪上，回城领赏。战斗的残酷景象，令观战的法来格大为震惊。这些首级的下场是悬于清军营房附近示众，并抬到淡水市区游行。最后在英国领事和驻淡水的英国“甲虫”号军舰的舰长的干涉下，始得以下葬。
当然，最震惊的还是孤拔、利士比和远方的巴德诺。而他们震惊的原因，却不是华军的斩首行动，而是法军此次战败本身。
淡水的惨败，使孤拔控制台北的构想化成了泡影。
法国人虽然控制了基隆，但却无法利用煤矿。他们想前进，可惜力量不足；他们也想放弃，但又担心颜面有损。基隆就像一块鸡肋，钓住的却是法国远东舰队这条巨龙。
消息传来，西太后再次大喜过望，发内币1万两赏给出力兵勇，并大封有功之臣。其中，对极具传奇色彩的张李成，更由白丁着守备尽先补用，并赏戴花翎，赏加都司衔。刘铭传也得以在九月十一日（10月29日）“补授福建巡抚，仍驻台湾督办防务。”
沪尾的失败，使法军被迫将目光重新转向基隆，但从基隆发起陆上进攻又谈何容易？在孤拔看来，那至少要再增派2500到3000名步兵，100匹带鞍具的骡马，和大量军需人员及补助兵员。如同时进攻淡水，则还需要再增援3000人。
这样规模的增援，无疑与巴黎方面的政治目的背道而驰，台湾的战事一时陷入僵局。俄国外长甚至公然嘲讽法军在台湾的行动是“蜂蛰象背”。
令巴黎方面得以挽回颜面的正是波里也的郎甲大捷。这次非常及时的胜利让茹费理深感欣慰。因为它遮蔽了法军在台湾蒙受的耻辱。茹费理也才能够以强硬立场否决大清国提议的美国调停。在他看来，法国理足力强，自能索得中方赔偿，无须美国调停。八月二十八日更在下院叫嚣，认为“夺中国之地，不为启衅。因中国与各国不同，惟先夺其地，乃可与商议。”
反之对清政府而言，这无疑是一个巨大的嘲讽。因为他们的战略本是牵敌战越，为东南解压。事实上却反要靠东南撑脸面，岂非本未颠倒？真是统帅无能，累死三军。
而淡水大捷本身的价值也因为醇亲王错误的形势判断而大打了折扣。
八月中，英国为保护其对华商贸利益也决定调停中法纠纷。此时，法军在越南的陆战进行得很顺利，惟清军虽败，但主力得到保全，法军只是打了一场击溃战而已。清军却在淡水打了一场胜仗。这是双方又一次由战争转向和平的有利时机。双方若能开诚布公，各退一步，以《天津条约》为度，自可终战。
不料醇亲王受沪尾战胜的刺激，又大发豪情。九月十四日（11月1日），曾纪泽请示中央：如法国放弃赔款，是否可按《天津条约》（即“李福协议”）为框架议和。军机处答复百年之后读来仍令人哭笑不得：援台入越，已有胜算。廷议惟重此二者。台虽似危，彼果占据，尽有毙之之策。论理不当和，论势不必和。
若要和，巴黎须先罢斥福禄诺，并承担北黎冲突（即观音桥冲突）的责任。
“我已进之兵，断不能先撤。彼来犯之兵，亦不准更战。方可开议。”至于谈判底线，醇王一口气列了八条：
一、津约之商务界约，尚须酌改。
二、滇粤边外，由谅山至保胜一带划一直线，为中国保护通商界限。
三、设关通商事，派员另议。
四、法国在越不能有保护之名，越南嗣后仍贡献中国，其一切政令法国不得阻止、干预。
五、法国派大臣与曾纪泽文移商议，或同来中国商办。
六、中法文字不同，翻译易误，此次立约，以中文为主。
七、中国入越之兵，暂扎不进，法军退出基隆，停止台湾封口。
八、中国本应向法索赔，今弃怨修好，可免索此项巨款。若法国有不允之条，应先赔中国以上各费再明定和战之局。
如此条款，巴黎如何接受？于是只有继续打。
