一支由七艘軍艦組成的法國艦隊於8月18日進攻順化河口的炮臺。20日，千餘名法軍登陸，打垮了越南守軍，在次日清晨佔領炮臺。22日，法國全權代表何羅芒來到順化，向越南國王發出最後通牒：“從明天起24小時的時限，以全部接受或全部拒絕我們的條件，不作討論……如果你們拒絕這些條件的話，便有更大的禍患等待你們……越南的名字將不再存於歷史。”《中法戰爭》卷7，363頁）
1883年8月25日，越南阮氏王朝與法國官員簽訂了城下之盟——《順化條約》。該條約的第一條規定：
安南承認並接受法國的保護權，以及此型別的關系在歐洲外交的法律之觀點上所有的後果。意即法國將總理安南政府與包括中國在內的一切外國的關系。安南政府只有透過法國的中介始得與該外國作外交上的交通。
條約還確定，越南將平順省割讓給法國，並驅逐在越北的黑旗軍。
條約雖然已經簽訂，但是法方簽約人何羅芒在事先並沒有得到政府的批準，條約內容是他臨事而擬的。在法國政府看來，這個條約肯定了在此之前越南與中國的傳統關系，所以仍不滿意。9月15日，法國正式向中國提出了一個解決越南問題的方案，要點為：從越北東海岸北緯21度至22度之間的某一地點起，劃定一線至老街。這條線以北到中國之間的地帶為中立區，中法雙方都不佔領。這方面的實質，是用劃出一個狹窄中立區的辦法，迫使中國撤出駐越南的軍隊，承認“中立區”以南的越南領土都歸法國佔領。
順化條約的簽訂震撼了清朝政府。廣西巡撫亦於1883年9月底接到了越南國王向光緒皇帝報告法國強迫訂立順化條約經過的諮呈。鑒於威脅臨近，清朝大多數高階官員主張對法國採取強硬態度。至當年10月底，中法談判沒有達成協議，法國政府遂決定對中國再度訴諸武力。
1883年底，法國國會透過一項議案，撥款2000萬法郎，追加軍費900萬法郎，增派軍隊1.5萬人到越北，在12月中旬向中國軍隊發起進攻。
中法戰爭由此爆發。
12月16日，以孤拔為統帥的法軍進佔越北重地山西，擊退黑旗軍。法軍迅速集結更多的軍隊，企圖在戰場上給中國軍隊以更大的打擊，迫使清朝政府屈服。1884年2月，米勒繼孤拔為法軍統帥，發起新的攻勢。中國的滇、桂兩軍將領昏庸怯懦，舉措失當，數萬守軍一敗塗地。3月12日，法軍佔領北寧，19日攻陷太原，4月12日佔興化。
在接二連三的軍事挫敗中，清朝政府軟下來了，命李鴻章與法國代表談判。法國代表、海軍艦長富尼埃提出先決條件，必須先撤銷在連年來的中法談判中表現堅決的曾紀澤的駐法公使職務。清政府接受了這個條件，於4月28日將曾紀澤免職。
李鴻章違背了清政府事先向他下達的談判原則[6]。5月6日，李鴻章只和富尼埃談判了兩三個小時，中間還需要翻譯，就接受了法國提出的條件。如此迅速地達成兩國間的重大協議，在歷史上是少見的。而清政府在聽取了李鴻章牽強附會的報告後，覺得無可奈何，也竟然批準了李鴻章的所作所為。1884年5月11日，李鴻章與富尼埃在天津簽訂了《中法會議簡明條款》。
條約共五款，第三款最具實質性：“中國南界既經與法國以實在憑據，不有侵佔滋擾之事。中國約明，將所駐北圻各防營即行調回邊界，並於法越所有已定與未定各條約，均置不理。”這個條款事實上承認了法國對越南的侵佔。
條約第三款還明確，中國開放中越邊界：“所有法越與內地貨物聽憑運銷，並約明，日後遣其使臣議定詳細商約稅則，務須格外和衷，期於法國商務極為有益。”
李鴻章的“成就”僅僅在第四款：“法國約明，現與越南議改條約之內，決不插入傷害中國威望體面字樣。”
法國駐華公使巴德諾堂而皇之地來到越南首都順化。巴德諾要求，越南把中國政府的冊封大璽交出來，他要送交法國國家博物館收藏。巴德諾宣稱：“我們認為要緊的是，這個中國給予的東西，不要再作為中國宗主權的標誌而存在。”
越南官員在這個問題上作了爭執，最後雙方決定，將清朝冊封大璽當眾熔解。
熊熊大火燃燒起來，就在“嘉隆王璽”被烈火熔為一個銀塊後一小時，巴德諾與越南輔政大臣和吏部大臣阮文祥等人簽訂了新的順化條約。條約的第一條為：
安南越南）承認接受法國的保護權，在一切對外關繫上法國將代表安南。在外國的安南人將受法國的保護。
《中法會議簡明條款》在清朝政府內部引起強烈不滿，李鴻章受到許多大臣的抨擊，深感壓力沉重。1884年5月17日，富尼埃在離開天津前又以命令式的口吻，將法國單方面規定的在越北向中國軍隊駐地分期“接防”的日期通知李鴻章。李鴻章沒有同意法方的規定，但也不明確表示反對，而且沒有立即向皇帝報告。
原來，在《中法會議簡明條款》的法文字中，要求中國軍隊“立即”撤回，但清朝政府認為中文字“即行調回邊界”則不那麼迫切。李鴻章向清廷君主解釋時又說：“只需密飭邊軍屯紮原處，勿再進攻生事，便能相安，亦不背約。”
在朝野一片反對李鴻章的聲浪裡，清政府覺得有失面子，所以在訂約後嚴令駐越軍隊“仍紮原址，進止機宜，聽候諭旨”。
1884年6月，法軍由越北陣地前出，執行“接防”計劃。6月23日，向諒山入侵的法軍與中國軍隊接觸。法軍宣稱：“和與不和，三日內定要諒山。”說罷，法軍即開槍射擊。中國守軍被迫還擊，將法軍擊退。中法戰爭再次爆發。
法國將其在中國和越南的艦隊合編成遠東艦隊，以孤拔為統帥，於8月5日向中國的臺灣省基隆猛烈攻擊。侵略軍一度登陸，又被中國守軍逐回海上。8月23日下午，事先駛入福州馬江的法軍艦隊向福建水師突然襲擊。福建水師在戰前得到“不準先行開炮，違者雖勝亦斬”的命令，因而完全陷於被動。開戰僅僅30分鐘，經營多年的福建水師全軍覆沒。訊息傳到北京，清政府已是不得不戰。三天後，清政府下令，陸路各軍迅速進兵，沿海各地嚴防法軍入侵。
在越北戰場，1884年12月，中國西線軍隊發起進攻，將法軍包圍在越北重鎮宣光達70餘天。期間黑旗軍還設下埋伏，重創自河內出援的法軍。但是，在東線作戰的中國軍隊連連受挫。1885年2月，鎮南關失守，法軍得以抽出兵力，解宣光之圍，並由此路侵入中國雲南的馬關和麻栗坡地區，在長達150公裡、寬約80公裡的中國土地上耀武揚威。
東線的中國軍隊潰敗了，形勢萬分危急。在此緊要關頭，已經退休的老將軍馮子材毅然重披戰袍就任東線主帥，迅速穩定了戰局。1885年日，法軍萬餘人向鎮南關內進犯，竄入馮子材精心準備好的戰場。馮子材指揮全軍奮戰，激戰三天三夜，法軍大潰，遺屍千餘具，向南狂逃。是為中國軍隊取得的鎮南關大捷。至29日，中國軍隊克複諒山，法軍統帥尼格裡受重傷。
同時，中國軍隊在西線取得臨洮大捷，侵入雲南馬關、麻栗坡的法軍則陷入當地苗、瑤、壯、傣、漢民眾的圍攻之中。各族人民在麻栗坡猛洞苗族領袖項從周率領下，用大刀、弩箭等原始武器同法軍展開激烈戰鬥，終於把法軍趕出了國境線。
在越北戰場的越南守軍則配合中國軍隊作戰，擴大了戰果。
中國軍隊在越北戰場的重大勝利使中國在外交上也處於十分有利的地位。諒山大捷的訊息於1885年3月30日傳到巴黎，茹費理內閣當晚倒臺，法國不等新內閣上臺，就授權總統與中國談判。
清朝政府未能利用軍事勝利取得的有利態勢，就和法國政府於1885年4月4日匆忙簽訂了巴黎停戰協定。這個協定的實質是，清政府明令批準不久前訂立的喪權辱國的《中法天津條約》，下令越北戰場的中國軍隊分期撤回國內；法軍則解除對臺灣和北海的封鎖。這是中國歷史上少有的“戰勝求和”的外交失敗。當然，這裡的問題還要複雜一些。1884年12月4日，朝鮮發生“甲申政變”，日本利用政變插手朝鮮事務，使正在進行中法戰爭的中國政府極為震驚。1885年3月，日本參議兼宮內卿伊藤博文作為特命全權大使前來中國，與中國政府談判“甲申政變”後朝鮮的地位問題。日本對正在為戰爭經費而困窘的中國政府進行了要挾，因此中國政府急於停止中法戰爭騰出手來對付日本。最終說來，負責談判的李鴻章又一次在對手面前拜了下風，《中日天津條約》於1885年4月18日簽訂，從此，日本加緊準備獨霸朝鮮和侵略中國的戰爭。
1885年6月9日，李鴻章和巴德諾又在天津簽訂了《中法條約越南條款）》，它的主要內容是：
一、清朝政府承認法國對越南的佔領並行使保護權。條約第一款規定：“越南諸省與中國毗連者，其境內法國約明自行弭亂安撫。”在第二款中，中國表示：“凡有法國與越南訂立之條約、章程，或已訂者，或續立者，現時並日後均聽辦理。”
二、中法兩國勘定中越邊境線。條約第三款寫明：“自此次訂約畫押之後，限6個月內，應由中法兩國各派官員，親赴中國與北圻交界處所，會同勘定界線。”
三、法國取得在中國西南通商的特權和在雲南修築鐵路的優惠權。
條約簽訂之後，數萬中國官兵撤離越北——他們曾為之流灑了鮮血的土地。當年7月，劉永福也率領黑旗軍3000名將士離開越南，撤入雲南省文山。黑旗軍高擎了12年之久的抗法鬥爭火炬熄滅了。
中法戰爭結束，法國確立了在越南的殖民統治。殖民者在越南的南、中、北圻建立了不同形式的殖民統治制度：南圻是“直轄領地”，廢除原有的統治機構，設法籍總督；中圻稱“保護領”，保留阮氏小朝廷，同時派駐法籍總督；北圻為“半保護領”，形式上由阮氏政府派出“經略使”治理，實際上由法國殖民者遙控，以後又廢除“經略使”制度，併入“保護領”。
