在八里桥布阵的清兵，在影影绰绰的目测之中多达2万至3万人，其中很多都是骑兵，他们都被僧格林沁部署在平原上，呈大弧圈阵势，战线约5公里，两翼强固。而在清军阵线的中央，八里桥轴线上，清军依靠八里桥村庄作为坚固的支撑点，村后留有大批装备火炮的步兵为增援。
左翼，柯利诺将军亲率自己所部人马挺进，其中有1个连的工兵、2个连的轻步兵、1个连的炮兵和2个连队的印度锡克骑兵，柯利诺将军的位置居中。而冉曼将军则率部跟在左翼，其中有1个营的轻步兵、引信兵、第12炮兵队和第101战列团。
行进开始后，柯利诺的先头部队稍稍有些脱节，他们的行进速度大大高于左翼部队，于是他们居中的部队成了突出部。僧格林沁似乎很快发现了这一细节，并做出了反应，大队清军马队蜂拥而上，从左翼包抄过来。其时英军尚未赶到，看到这样的情况，柯将军令部队停住，组成空心方阵，架设大炮，准备应战。
清兵首先开火，声势很大，但他们的火枪不能及远，而火炮又缺乏准度，炮弹都飞到柯利诺将军方阵后面去了。紧跟着，清军骑兵成密集队形驰骋而来，直至离法军前沿阵地仅五十来米。这一切全无声息，听不到任何指挥号令，这场面确是令人吃惊和紧张。埃里松吃惊的说道：“一切动向，全由上下左右晃动的旗子示意，好比海上信号那样。”
联军士兵很快开火，他们身边有着很多优秀的下级军官指挥，这些军官大多都是经历过克里米亚战争的老兵，他们作战经验丰富，知道该如何粉碎骑兵的优势，就如同他们对付俄国哥萨克骑兵那样。
霎时间，清军骑兵就遭到了猛烈的火力攻击，一个个应声落马倒地，可后面一队队人马，仍接踵而来。他们人多势众，欲把柯利诺将军率领的法军前哨队淹没。
形势严峻，危险迫在眉睫。在联军军战线周围，响起阵阵粗野的喊叫声。只见敌方战马奔腾而来，四处扬起大片尘土，时而像是要把这些联军士兵团团围个水泄不通，时而像是不停地从他们身上踏将过去。多亏联军炮兵猛烈地轰击，敌阵一片惊慌，柯利诺将军才得以撤退。
柯利诺将军所部的稍稍后撤，让联军阵线出现了松动。清军发现联军阵线上的另一个薄弱环节，即法军柯利诺部和英军萨顿旅之间存在空当。于是，清骑兵蜂拥进入这个空当，想不到萨顿将军指挥的英军早早布下严密的矩阵式空心方阵，当中空隙虽多，但空心方阵成错落状排布，中间的通道是炮兵、步兵轰击的绝好地域，而零散未能成阵型的清军骑兵则无法冲破联军空心方阵的刺刀阵，因此突入的清军骑兵陷入被围困的境地。
但萨顿将军知道此举有些冒险，要是清军加大人力的投入，几个空心方阵也可能最终禁受不住人潮的冲击而溃散，溃散的步兵将会遭到一场中世纪的骑兵追杀，因此战局十分微妙。
在右翼，蒙托邦很想前去救援柯利诺，可是清兵突然也从其右翼包抄过来，他被迫进行反击。右翼的清军马队猛扑过来，竭力把我们团团围住，他们的目的很明确就是牵制住蒙托邦。见联军前卫部队兵少势单，清军骑兵更大胆起来，粗野地喊叫着，剽悍绝伦的鞑靼骑兵俯身策马，将身体藏在战马侧面而不会坠马，以此来躲避枪弹，靠近联军阵线之后便挥舞刀枪，开弓射箭，大耍威风……
已经跟上中路的冉曼将军，接到命令向右翼出击，但清兵也向他冲来，冉曼将军只能停下来还击，很快清军就把他们人数上的优势发挥得淋漓尽致，各条战线上清军都在顽强的攻击着联军的阵线。
德拉格朗热中尉记道：“炮火枪弹像打不倒清兵似的：他们似死而复生，顽强战斗，甚至有时冲到我方大炮前三十来米。不过，我军炮火变得更密集更猛烈，将他们一一打退，四处逃窜……”联军的火炮一直支撑着整个战线，要是没有火炮的火力支援，联军可能早就崩溃了。
柯利诺及其部下，一直顶在前面，清兵接连不断的发动攻势，柯利诺将军甚至率领部下拼了三次刺刀，这才粉碎了对方多次冲锋。
在左路，格兰特将军终于带领一支炮兵部队赶到，他马上下令炮兵开火，减轻法军压力。格兰特率领的这支部队中，还有精锐的英军骑兵，女王龙骑兵！
但女王的龙骑兵没有出击，他们的人数太少，而格兰特带来的炮兵部队中数门阿姆斯特朗重炮则发挥了重要作用，尽管来得晚些，还算及时。联军火炮在精度、射程和威力上完全压制了清军的炮兵，很快清军骑兵遭到现代火炮的密集轰击，溃不成军向后逃去。
看到清军开始逃跑，格兰特马上出动范纳和普罗宾所率的龙骑兵冲杀过去，追击清军骑兵，龙骑兵虽然人少，但追击起来必然有更大的收获。
冉曼旅面对清军炮兵，大显威风，精准的联军炮兵一个接一个的将清军火炮阵位打哑，而清军炮兵的炮弹始终未能准确命中，膛线火炮的优势在此时显露无遗。
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