当两艘重型英舰进入西炮台附近作战水域时，陈化成下令开炮。守军以猛烈的炮火阻击英舰，激烈的炮战进行了两个半小时，英旗舰“皋华丽”号及其它各舰被击中多次，死伤二十余人。

英国一军官后来追述说：“我方舰队自与中国军队作战以来，中国人的炮火以这次为最厉害。”

陈化成虽年已七旬，在近两年的战备中始终坚守职责，威望较高。在此次炮战中，他奋不顾身地亲自操炮轰击敌舰，与士卒一起战斗。

牛鉴三次派人持令箭要陈化成退避宝山，都遭拒绝，不得已从宝山率兵增援吴淞，但一见敌弹落于身旁，即返身后退，继而率兵西逃嘉定。王志元也跟着弃阵而逃。

当西炮台正面激烈炮战时，四艘轻型英舰驶入黄浦江，逼近吴淞镇南面的蕴藻浜，以猛烈炮火压制吴淞镇炮台的火力，掩护登陆兵占领了该炮台。

不久，吴淞镇清军实施反击，迫使英军退回堤岸。正当吴淞镇激战之际，西炮台正面被英军突破，大队英军随即登陆。

接着，从吴淞镇登陆之敌也从侧后袭击西炮台。陈化成在敌军前后夹击下，仍率兵百余名坚守炮台，最后全部阵亡。

英军占领西炮台后，随即占领了宝山县城。吴淞东岸的东炮台也被英军两艘轮船上的海员和陆战队占领。

6月16日晚，英舰“戴窦”号护送运输船队载着从印度来援的英军二千五百人到达吴淞口外，使英军兵力又有增加。

于是，英军派出第18团和第49团以及炮兵、工兵分队共约千人，于19日由吴淞南下，另以八九艘舰船溯黄浦江而上，水陆两路向上海进犯。

由于守军事先即已撤离，英军未遇抵抗就侵占了上海。

上海制炮局新铸的铜、铁炮一百七十一门及大批存粮，均落入敌手。

21日，英军一部乘火轮船二艘、舢板四五只进犯松江，在距城八里处遭到总兵尤渤率领的二千陕甘兵的阻击。

英军发炮轰击，守军隐蔽不动。待敌接近时，枪炮齐发，予敌军以杀伤。激战半日，英军被迫撤退。

22日，英军再次进犯，仍未得逞。英军在大肆抢掠之后，于23日退出上海，集中于吴淞口外，扬言北上京津，实则准备溯江西犯。

英军攻陷吴淞口后，清廷一面催促耆英、伊里布等由浙江驰赴江苏，会同牛鉴“办理夷务”，加紧议和。

一面继续从华北、东北调兵遣将，并命工部尚书赛尚阿为钦差大臣，驰赴天津，会同直隶总督纳尔经额加强天津地区的防备，防止英军北犯。

而对于长江下游的防务，仍未予以足够重视，只是同意由浙江调兵二千，协助江苏驻军防守沿江要隘及江宁府。

耆英、牛鉴等一意求和，对防务只是虚应故事而已。

7月6日，英军十一艘军舰、九艘轮船、四艘运兵船和四十八艘运输船，装载陆军一万余人，驶离吴淞口，溯长江而上。

另外，英军在吴淞口留有军舰两艘，用以封锁长江口，保证后路安全。