当时法军侵台总兵力，有大小战舰11艘，步兵3个大队，炮兵1个中队，共2000多人。从七月底开始，法舰就游弋于台湾海面，窥视基隆、淡水，并搜查来台船只。八月十二日(9月30日)，法国侵略者分为两路，一路由孤拔率领5艘军舰进攻基隆，一路由利士比率领3艘军舰进攻淡水。企图诱使守军分散力量，然后各个击破。
八月十三日(10月1日)，孤拔率法舰向基隆的守军炮台发动猛烈炮击，同时派海军陆战队600多人在基隆仙洞东南海滨登陆，占领山头，以排枪和大炮进行击杀。守军奋力还击，伤亡惨重，被迫后撤，基隆港湾及周围阵地全部丢失。此时，由利士比率领的另一路侵略军猛攻淡水。
基隆在台北东北，有粮港和煤矿，相距台北100多里，中间为丘陵所隔。淡水在台北西偏北，相距台北30余里，有淡水河相通，是台北的门户。法军攻基隆，意在占有良港和煤矿;攻淡水则意在攻占台北府。刘铭传两面受敌，处境十分艰难。救兵一时也无法得到，只好将军队分为两部，分别在基隆、淡水作战，他自己则在基隆亲自指挥。法军开始主攻基隆，几千名士兵轮番进攻清军滩头阵地，战斗进行得十分激烈，但法军终究无法得手。
下午，孤拔突然改变主攻方向，将火力集中攻打淡水。而淡水的守军不多，经过半天作战，已筋疲力尽。突遇重兵，难以招架，连连飞书向刘铭传告急。在“基隆万分危迫，淡水又被急攻，基隆无兵可分”的紧急形势下，刘铭传力排众议，当机立断，下令基隆守军立刻撤出战斗，炸毁煤井，转移机器，全力援救沪尾。刘铭传看到法国海军需要不断得到能源补给和淡水供应，因而利在速战。基隆离台北尚远，沿途还有狮球岭等险可以扼守。淡水则距屯聚粮饷的台北府城仅30里，沿途又无险可守，所以基隆失尚不失根本，淡水失则大势已去。因而刘铭传冒着巨大风险果断下令放弃基隆，赴援沪尾。基隆守军不解其意，纷纷哭谏，要求死守基隆。一些淮军老部下和湘军将领也纷纷伏地请求收回成命。刘铭传大怒，拔佩剑砍前案呵斥道：“不舍基隆，台北不能保也。吾意已决，罪谴吾自当之。有违令者斩!”刘铭传接着说：“我知尔等一片赤诚。但这是军事，我在你们面前立军令状。”说毕，手指在剑刃上一划，鲜血淋淋，他用血指在纸上飞快地写下“不胜法夷，甘愿受戮”八个大字。清军于是主动撤出基隆。
基隆失守的消息传到北京后，满朝文武为之震惊。有人趁机攻击说刘铭传是对淡水湘军不信任，致失基隆。许多人信以为真，清廷也大为不满，对刘铭传大加训斥。
刘铭传坚信自己的判断，不为所动，认为将在外君命有所不受，仍然固守淡水。基隆部队的增援，使淡水守军斗志更旺。法军连续7天反复进攻，淡水岿然不动。
八月二十日(10月8日)，进攻淡水的法国侵略军在援军到来后，以军舰7艘猛烈攻击淡水炮台及各处防御工事，淡水炮台守军本身火药不足，见敌人炮火猛烈，便在总兵李成率领下，主动撤离炮台，全部伏身炮台之后，分散埋伏。法军开炮200余发，见炮台上毫无动静，以为守军已溃走，立即驱兵登岸。在舰上炮火的掩护下，分五路向淡水炮台进攻。法军不善陆战，进入丛林地带后，又失去了统一指挥。待法军进入伏击圈后，岸上炮兵变为步兵，喊杀冲出。埋伏在各处的清军奋起反击，双方短兵相接，法军士兵拼命放枪，很快便将弹药消耗殆尽。守军充分发挥自己的优势，展开肉搏战，法人惊慌失措，被杀100余人。很多人还未上岸，就成了海中水鬼。梨园花旦张李成，在法军进攻淡水时，慷慨激昂地说：“火(张小名阿火)生长世间，不欲变服饰为西人奴也!”他率500群众，配合守军作战，埋伏在炮台附近草丛之中。他们一部分人用长柄铁钩配合李成部，专钩敌人衣物，钩住即击杀之;一部分人用长枪瞄准敌人射击。法军陆战队司令方丹也被他们割下首级。中午，法军全线溃退，守军追击直至海滩，侵略军狼狈地逃回舰上。法国人也承认淡水之役是一次最严重的失败，认为“这次败战是难以补救的”。
这一战役，就是历史上有名的“淡水大捷”，或称“沪尾大捷”。这一战，沉重地打击了法国侵略者的嚣张气焰，取得了抗法保台的决定性胜利，鼓舞了全国人民的信心。
反封锁战
法国侵略者在淡水失败后，决定全面封锁台湾，将全岛所有港口及距岸5海里以内的区域(东海岸除外)都划作封锁区，企图断绝台湾的对外联系和从大陆来的接济，这给台湾的抗法斗争造成很大的困难。台湾军民在极端困难的情况下，坚持斗争，大陆人民通过种种办法，冲破敌人的封锁，运送粮饷、武器弹药，支援台湾人民的抗法斗争。
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