西摩尔联军向北京进犯时，沿途遇到了义和团的坚决抵抗。在廊坊、落垡、杨村等车站，侵略军遭到义和团痛击。6月18日，董福祥的甘军与义和团一起猛攻廊坊车站，杀伤敌军多人。西摩尔被迫逃奔杨村车站，又被聂士成部清军和团民包围，死伤近40人，联军只得沿北运河乘木船向天津撤退，后被俄军救出，逃回天津租界。西摩尔进犯北京计划失败。

当西摩尔联军在廊坊受阻时，大沽口外的俄国海军中将基利杰勃兰特向联军建议攻占太沽炮台。大沽是天津的门户。第二次鸦片战争后，清政府对大沽炮台进行了修建和改建，南北两岸共有炮台4座。驻守大沽炮台的是天津镇总兵罗荣光部淮军6营300人及1个水雷营。叶祖珪所率北海洋军“海容”号巡洋舰1艘和鱼雷艇4艘泊于白河口内。根据以往不平等条约，各国舰船可以自由出入白河口。1900年5月底，大沽守军准备在白河口设置水雷，控制外国舰船出入。侵略者得此消息，乃于6月15日决定水陆两路袭占大沽炮台。他们于6月15日晚和16日夜出两支部队共约600人偷偷登陆，埋伏在塘沽车站附近和大沽炮台后侧。守军于16日在白河口布设水雷，封锁航道。16日下午19时半，联军向罗荣光发出最后通牒，说守军布设以水雷和加强炮台防御，“于我西人代平匪乱一事，实有不便”，限令守军于17日凌晨两点交出炮台。罗荣光严辞拒绝，并立即传令各炮台准备战斗。

1900年6月17日零时50分，距最后通牒限定的时间还有70分钟，联军便发动了进攻。泊于白河的敌舰首先发炮轰击南北两岸炮台，守军被迫还击。这时，集结在塘沽的联军分左中右3路攻西北炮台。5时左右，西北炮台失守。6时许，联军未遇抵抗进占北炮台。然后，左岸陆路联军从北炮台，联军舰艇从所在位置向南炮台猛烈轰击。同时，联军一部由北炮台附近渡至白河南岸，从侧后抄袭南炮台。南炮台守军腹背受敌，弹药库又中弹起火，伤亡很大，只得撤退。至6时50分，大沽炮台全部失守，清军余部向新城方向退走。此次作战，清军击沉击伤敌舰6艘，打死打伤敌军130余人。清军伤亡700余人，罗荣光在退往天津后不久服毒自杀。

大沽炮台的失守是由多种原因造成的。首先，清政府没有对大沽的防御给予足够重视，大沽守军仅3000，还要分守炮台、火车站、海关等地，在优势敌军的进攻下，守军只能孤军奋战，最后不免失败。其次，罗荣光备战过晚造成被动。本来，在5月底罗荣光即有封锁航道的计划，但迄至战斗开始前，才将水雷布设，而此时敌舰已进入战斗位置。对偷偷登陆的敌军也未能采取紧急措施，致使敌军水陆夹击战术取得成功。其三、大沽炮台虽叠经战火，屡被攻破，但清政府没有吸取教训，在炮台的构筑上不注意隐蔽、伪装，炮位及军火库全部暴露在外，成为敌人的靶子。弹药库中弹起火，便无法继续防御。痛定不思痛，不能从失败中幡然醒悟，不思改进防御设施，即使守卫官兵再勇敢献身，也难保重蹈失败的覆辙。

几乎与大沽之战同时，天津城内也爆发了战斗。6月15日晚，盘踞在老龙头火车站(今天津站)的沙俄侵略军向义和团发动袭击，义和团也出动400多人奋起反击侵略者，天津保卫战由此揭开序幕。天津附近各县的的义和团民闻讯，纷纷赶来支援。6月17日晚，从大沽登陆的侵略军乘火车开往天津，同守护天津站的清军发生战斗。曹福田闻讯，率领大队团民前往支援。经激战，打死打伤敌人500余人，迫使敌人退往租界。此后几天，增援的联军不断进入紫竹林租界。于是，清军和义和团开始围攻租界。

6月21日，清政府对各国宣战。6月22日，清军开始和义和团一起围攻租界。但由于清军只是向租界发射炮弹，没能给敌军以重大杀伤。相反，联军于27日集中3000兵力，攻占了天津城东面的清军主要军火补给点东机器局。6月底，调赴天津的各路援军陆续赶到。至7月初，在津清军共2.5万人，各种民众武装约万人，能参战的义和团则多达5万人。此时，在大沽登陆的联军约有1.4万人，已抵天津租界者约8000余人。士成、马玉昆商讨作战计划，决定对租界之敌实施“三面进攻”计划。其部署是：由义和团曹福田部及武卫左军马玉昆部从北向南进攻老龙头火车站，夺回东机器局，并相机从北面进攻租界;由义和团张德成部及淮军罗荣光部、练军何永盛部，从西面进攻租界;由驻南门外海光寺一带的武卫前军聂士成部，从西南面进攻租界，其余各营机动。

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