1860年8月1日，英法联军避开清军防守严密的正面，选择在北塘登陆。经过新河、塘沽两次战役，英法联军截断了大沽北岸炮台清军的退路。8月21日，英法联军集中力量猛攻石缝炮台（大沽北岸三座炮台中最小的一座），经过6个小时的激战，才将其攻陷。（图为已经失陷的炮台）
清军的炮台的建造依然沿袭古老的方式，在最外边挖一条壕沟，然后设置成阶梯状，再外围插上尖木，而炮台则由夯土铸造而成，呈半圆形。这种方式其实早已落后。这种炮台可以对付小股海盗，但很难抵挡住英法联军的猛烈炮火。从照片中，我们可以发现，英法联军是架桥通过壕沟，架梯登上台墙的。
石缝炮台之战十分惨烈，英法联军于清晨5时开始开始炮击，清军进行还击。炮战持续了3个小时，在6时左右，英军炮火击中炮台火药库，引发剧烈爆炸，一时间停止炮击。英法联军以为守军将要投降，可是硝烟散尽后，清军再度开火。又经过几个小时的炮战，炮台的火力遭到明显削弱。（图为炮台内部的惨状）
在完全压制清军炮台后，英法步兵开始进攻。清军将士用抬枪、鸟枪、弓箭，向英法联军还击，虽然武器落后，但依然让英法联军付出重大伤亡。当英法联军攻入炮台内部后，清军仍然没有放弃，他们与敌军展开了肉搏。战斗一直持续到近午时分，石缝炮台才彻底落入敌手。
石缝炮台是当时大沽口各炮台中力量最弱的一个，却成为整个第三次大沽口之战中坚持最久、战斗最激烈的地方。其中一个重要的原因就是当时负责守卫石缝炮台的守将，此人名叫乐善，是蒙古族人，官拜直隶提督。在这场战斗中，他抱着“炮台存,乐善生；炮台亡,乐善死”的决心，指挥官兵展开血战，最后壮烈殉国。
石缝炮台失守后，英法联军开始猛攻大沽北岸主炮台（即中炮台和前炮台）。石缝炮台的3门火炮也被联军利用起来，用来攻击清军。与此同时，法国步兵开始进攻，然而他们没有遇到顽强的抵抗。下午2时，大沽北岸主炮台失。据英军司令格兰特说：“炮台工事面海的一边非常强大，靠陆地的一边却非常薄弱。”（英军攻陷炮台，将米字旗插在炮台上）
北岸炮台失守后，清军主将僧格林沁明白，再打下去，必然失败。虽然南岸炮台比北岸强大，但英法联军吸取了第二次大沽口之战的教训，没有从正面攻击，而是选择柔软的背后下手。清军炮台设置上存在着严重的问题，都是，面海的一面强大，靠着陆地的一面薄弱。当天下午6时左右，僧格林其率领大沽南岸守军撤退。（从图中可以看到清军在两岸的炮台）