一、雙方作戰方針和部署
清廷於1884年8月26日被迫對法宣戰以後，雖然確定了沿海防禦、陸路反攻的方針，命岑毓英催促劉永福趕緊督軍進取，又令岑毓英、潘鼎新率滇、桂各軍速赴北圻戰場，盡力反攻。但是，究竟如何反攻，開始並不明確。後來根據前方奏報，才逐漸確定：東線桂軍進攻諒江、太原，西線滇軍和黑旗軍進攻宣光，並推進到白鶴、永祥附近地域；兩軍在太原、永祥一帶會師後，合力進攻北寧、河內。10月初，清廷鑒於基隆失守，更急於攻法之所必救，電令北圻各軍力圖進取，「直逼西貢等處，庶使分兵西援，台灣乃可稍鬆」１。對此，岑、潘二人一開始就沒有信心。潘鼎新當即表示：「台北吃重，此間一軍前進，恐不足牽制；法方於河內、北寧增兵迎拒，西貢萬難驟達。」２岑毓英也強調「西貢系南圻地方，隔順化及寧平、南定等處，皆有法人堅守，道阻且長，萬難進齲」３潘鼎新和岑毓英等固然有畏敵怯戰的一面，但清廷進軍西貢的要求也是當時清軍兵力難以勝任的，這反映了清廷戰略指導上的無知。
法軍方面，因米樂回國養病，由波裡也於9月8日接任遠東軍總司令。當時，北圻法軍計有第一、第二兩旅及內河艦隊等共約一萬八千餘人，分守陸岸（今陸南）、諒江、太原、宣光、館司等前沿要地，兵力比較分散。波裡也根據法國政府東攻台北、西取諒山的戰略方針，決定在北圻採取西守東攻的作戰方針，即西線堅守宣光、興化，東線集中兵力奪取諒山，得手後，再轉兵西向。
二、東線桂軍反攻失利
東線桂軍奉命再度開赴北圻戰場後，開始進展順利，至1884年9月中旬，署理廣西提督蘇元春率領的桂軍主力十三個營（約四千八百人）進抵船頭（今陸岸），10月初曾一度攻佔陸岸；與此同時，記名提督方友升及總兵周壽昌等所部九個營（約三千二百人）進佔郎甲及其以北地區。上述東、西兩路桂軍「互相犄角，自為戰守」。潘鼎新率淮軍五營及道員趙濟川一營駐諒山，「整理操練，以備兩路策應」１。此外，副將馬盛治所部六個營駐於牧馬、新街一帶，牽制太原守敵。東線清軍兵力共約一萬二千人，然而，「營哨各官大半代理，精壯能戰者僅十之二三」２。
這時，法軍已在河內、北寧集結完畢。波裡也為了粉碎東線清軍的反攻，進而奪取戰略要地諒山，以第二旅編成兩個縱隊，分別進攻郎甲、船頭，以第一旅一部兵力配置於諒江附近，準備隨時機動。法軍主力於10月8日自河內出發。
10月8日，尼格裡率領第二旅主力約三千人進攻諒江北面十餘里的郎甲。駐守該村的方友升等麻痺大意，沒有做好必要的防禦準備，對關係郎甲安危的南堡高地也未予以足夠重視。因此，法軍輕取南堡高地，隨即在此佈置炮兵，以密集炮火掩護主力從兩側迅速包圍了郎甲村。守軍倉促應戰，除方友升率領一部撤至郎甲東側高地外，尚有數百人被圍於村中。清軍為解救被圍部隊，兩次由側翼反擊敵軍炮兵陣地，均未成功。法軍乘勢抽出部分兵力進攻村北高地周壽昌部。該部兵力數倍於進攻之敵，但稍事抵抗就向觀音橋、屯梅方向潰退。法軍接著全力進攻郎甲村，守軍浴血奮戰，與敵人肉搏拚殺，直至全部犧牲。此戰，清軍傷亡七百餘人，法軍死傷百餘人。尼格裡也在這次戰鬥中受傷，暫時返回河內。波裡也兼統第二旅，以一部兵力守郎甲，其餘撤至諒江，後又向東增援船頭。
進犯船頭的法軍第二旅一部千餘人，由端尼埃上校率領，搭乘炮艦五艘、拖般十餘隻，於10月2日離北寧，經七廟，沿陸南江（今陸岸河）前進。蘇元春率領的東路清軍在船頭附近築有塹壕、堡壘等較堅固的防禦工事，並在西南二十里的尼村附近配置部分兵力，防止敵軍上岸。10月6日上午，法軍進至尼村，艦炮齊發，與守軍展開激戰。清軍傷亡較重，但仍竭力抵抗，終於迫使敵人後撤。此後，雙方相持於船頭以西地區。9日，法軍得到增援， 10日再次發起進攻。清軍總兵陳嘉督軍迎戰。當法軍第一梯隊四個連向船頭主陣地衝擊時，陳嘉以一部兵力依托陣地頑強抵抗，親率主力向法軍右翼猛烈反擊，將敵兩個連大部殲滅，並擊斃其右翼指揮官。殘餘法軍狼狽逃竄。與此同時，法軍左翼兩個連仍在拚死掙扎，端尼埃也以其所控制的機動兵力在炮兵及艦炮火力支援下瘋狂反撲。陳嘉見翼側受到威脅，主動撤回主陣地。此後，戰鬥又成對峙狀態。
清軍在船頭重創法軍精銳部隊，殲敵二百餘人，士氣為之一振。法國侵略者為船頭守軍「這樣奮不顧身地激烈作戰」１而惶恐不安。但是，株守諒山的潘鼎新未能及時調部增援。蘇元春在獲知西路郎甲失守、後援無望的情況下，便於10月11日夜間率部撤回谷松。
郎甲、船頭既失，桂軍東、西兩路的形勢為之大變，戰局開始陷入被動。清廷力促滇、桂兩軍聯成一氣，規復北寧、河內，甚至直搗西貢的戰略意圖，隨之成了泡影。但是，這時法軍對台灣淡水的進攻遭到失敗，土氣為之沮喪。巴德諾聲稱：「尼格裡將軍在郎甲的勝利，在某種範圍內，可減輕台灣消息的令人不快印象，但其效能，是否將被北京朝廷敏銳地覺到，尚屬疑問。我們東京的遠征隊，距離中國邊境還太遠，不能使帝國政府受到嚴重的警告。」１茹費理也認為只有乘勝向廣西邊境推進，方足以「有力地引起帝國政府的憂慮」２。然而，波裡也在攻佔郎甲、船頭之後，鑒於援兵未到，加之後方受到越南義軍的牽制，無力繼續發展進攻，不得不暫取守勢，於是將主力撤回北寧、河內，以一部兵力在船頭、郎甲一線巡邏警戒。12月以後，法國陸續增兵遠東，三分之一赴台，三分之二赴越，並將北圻戰場的法軍改歸陸軍部指揮（原由海軍部指揮）。在待援期間，波裡也積極進行攻取諒山的各種準備，以船頭為基地，修築工事、道路，屯積作戰物資。
清軍方面，西線滇軍和黑旗軍已於1884年10月底進抵宣光城下，正在竭力圍攻。東線桂軍也陸續補充了兵力，調整了部署：以駐谷松的蘇元春、陳嘉所部十八營為中路；以駐觀音橋的楊玉科、方友升所部九營為西路；以駐車裡、那陽一帶的王德榜所部湘軍十營為東路；另以葉家祥所部淮軍五營、董履高所部桂軍五營駐諒山為後應。此外，馬盛治所部桂軍六營仍駐新街一帶。以上共有兵力五十餘營，約二萬人。
為了策應西線的軍事行動，打亂北圻法軍西守東攻的作戰部署，清政府曾命令東線清軍乘北圻法軍轉入防禦之機，主動出擊，先發制敵。但是，潘鼎新根據李鴻章「切勿攻堅傷精銳」３等指示，僅以小辨模的出擊牽制船頭方向的法軍，作出一點策應西線作戰的姿態。12月16日，中路清軍二千人在紙作社（船頭東北）伏擊法軍巡邏部隊，斃傷敵軍百餘人，取得了勝利。年底，東路湘軍進至船頭東面的豐谷，準備配合中路進攻船頭。1885年1月3、4兩日，豐谷清軍突遭法軍四千餘人猛烈攻擊，「王德榜督軍苦戰，死傷頗多，因少後門槍，且子藥已盡，勢難抵禦」１，被迫丟棄大量物資，撤回車裡。潘鼎新恐法軍由那陽迂迴蘇、王兩部之後而攻取諒山，急忙從諒山調淮軍兩營守那陽，並要求清廷迅速增援。
在此以前，兩廣總督張之洞也認為法軍專注諒山，「桂軍各道分防，兵力尚薄，必應由東路再增勁兵，以收犄角夾擊之效」２，於是命馮子材率粵軍十營，總兵王孝祺率淮軍、粵軍共八營，分別由欽州、梧州起程，經由廣西赴越。由於諒山吃緊，馮子材以八營由上思州直接入越，協同王德榜部守東路；自率兩營赴龍州籌辦糧餉軍械和招募新兵。王孝祺部中途嘩變，潰散近半，至龍州時不及二千人。
1885年1月底，法軍第一、第二旅主力七千餘人，在船頭一帶集結完畢，準備轉守為攻，向廣西邊境大舉進軍。法軍揚言分兩路前進：一路攻谷松，一路攻車裡。實則全軍指向谷松，併力進攻中路。
潘鼎新企圖阻止法軍進攻，命中路清軍（包括新配屬的董履高部五營）前出到竹山附近高地設防。2月4日，法軍集中炮火轟擊竹山清軍營壘，隨即展開猛攻。守軍頑強抵禦，但因倉卒移防，工事不堅，傷亡甚眾，被迫後撤。次日，法軍再次發起攻擊，守軍不支，退守谷松。2月6日，法軍在炮火掩護下猛攻谷松，清軍被迫撤至諒山南面三十五里處的委坡一帶。
中路清軍潰敗，諒山垂危。「東西兩軍相去遠，聞調赴援，一日之間號令屢改。」１潘鼎新時而令王德榜、楊玉科等部回援諒山，時而令其仍扎原處，時而令其夜襲法軍後路，最後又令其飛援諒山，但為時已晚，無濟於事了。就在2月12日，法軍攻佔委坡，潘鼎新於當夜逃離諒山入關，蘇元春隨之率部退入關內。2月13日，法軍未經戰鬥，即佔領了戰略要地諒山。至此，法軍在東線達到了預期的作戰目的，波裡也隨即於2月17日率領第一旅（約三千人）離開諒山，以便經河內趕赴西線，解救被圍於宣光的法軍。
諒山棄守後，馮子材毅然以守關自任，親率一營從龍州趕到鎮南關，和王孝祺部一起攔截潰散兵丁，並急調協守東路的馮軍八個營回守鎮南關。可是，潘鼎新竟「告以守關無須該軍，令仍顧東路」２。2月19日，西路楊玉科部自觀音橋、屯梅繞道撤至文淵（今同登）。楊玉科以主力防守文淵兩側高地，自率一部駐鎮南關。2月23日，尼格裡指揮法軍第二旅進攻文淵，守軍浴血奮戰，節節抵抗。楊玉科親臨前線指揮戰鬥，阻止了敵人的前進。但由於清軍發射的炮彈多未爆炸，未能予敵以大量殺傷。午後，楊玉科中炮犧牲，守軍隨即潰散，退入關內。法軍乘勢侵佔鎮南關，前鋒一度侵入我國境內近十公里的幕府附近。
由於兵力不足，補給困難，加之不時受到當地群眾武裝的襲擾，法軍於2月25日炸毀鎮南關城牆及其附近工事，退回文淵、諒山。根據波裡也離開諒山前的指令，法軍在鎮南關廢墟上立一木牌，上書「……廣西的門戶已不再存在了」。但是，當地軍民在同一地方寫著：「我們將用法國人的頭顱重建我們的門戶！」１以此作為對侵略者的回答。
馮子材聞鎮南關失守，立即疾馳二百餘里，由東路統兵回援；王德榜也率部趕回，駐於鎮南關東面三十里的油隘一帶。
潘鼎新則畏敵如虎，在文淵戰鬥之前，即由鎮南關繼續後逃至幕府。2月23日，正當文淵前線激戰之際，他又經憑祥、海村連夜逃到關內一百餘里的龍州，由於遭到當地各階層人民的憤怒斥責，「始乘船由水路返海村，日駐岸，夜駐船」２。事後，他竟謊報自己在文淵戰鬥中「督親兵助戰，槍炮聲震山谷，逆黨（法軍）紛紛倒地」３，並詭稱由他指揮各軍「收復」了鎮南關等等，以推卸東線反攻失利的責任。
東線清軍反攻失利，主要原因在於前敵指揮潘鼎新消極怯戰，畏敵如虎，以致屢誤戰機。「潘軍不是沒有戰爭經驗，又用新式槍械，節節敗退，完全是接受李鴻章失敗主義的影響。」４潘鼎新在作戰指揮上，明顯地犯了消極被動、分兵把口的錯誤。東線清軍順利進抵船頭、郎甲一線以後，正值法軍兵力分散、援軍未到和越南義軍紛起襲擾的有利時機，戰場的優勢和主動，基本上在清軍方面。然而，潘鼎新卻滯留諒山，與西線方面互相觀望，消極等待，強調「一俟滇軍牽制西路，此間有隙可乘」，才能「趁勢襲缺５，使法軍得以從容集結兵力，分別奪取郎甲，船頭。清軍被迫退守山區，喪失了戰場上的主動權。爾後，清軍經過調整補充，實力大為加強；法軍則因國內援軍未到，宣光被圍，處境相當困難，不得不轉攻為守，僅以部分兵力守備前沿陣地。這時，清軍在全局形勢上仍有可能挽回頹勢。以越北山區的有利地形，完全可以正面鉗制，側後攻擊，粉碎法軍的進攻。可是，由於清軍在總的戰略指導上消極被動，以致在兵力部署上仍將前線數十營部隊分散於觀音橋、谷松、車裡各點，正面寬廣，沒有形成重點，加上配置於諒山縱深的兵力又沒有適時向前機動，起不到預備隊的作用，以致形成前後分兵把口，被動挨打的態勢。在作戰過程中，潘鼎新決心猶豫，朝令夕改，不能組織第一線各部之間的相互協同，特別是法軍專攻中路，蘇元春部節節敗退之際，沒有及時機動翼側軍隊加強縱深防禦或向敵人側後出擊，使法軍得以長驅直入，連續突破中路防禦，直逼諒山。此外，清軍中派系矛盾的長期存在，也嚴重影響了各部之間的統一與協同。如王德榜「自負湘中老將，每與督師（潘鼎新）齟齬」１，潘鼎新便有意「徵調屢更」，使之無所適從，疲於奔命，最後反誣王「催援不至」。豐谷之戰，蘇元春不及時援救王德榜部，法軍攻中路蘇元春部時，王也就消極觀望，不主動支援，給了法軍以各個擊破的機會。
三、西線滇軍東下受阻
在正式對法宣戰前後，清廷多次命令西線指揮官岑毓英再度督師出關，與東線桂軍合力規復北圻各城。但岑遲至1884年9月28日才命令原留駐於文盤、大灘一帶的黑旗軍十個營（約三千七百人）、滇軍張世榮部五個營（約二千五百人）分道前進：黑旗軍黃守忠、吳鳳典兩部由山路繞赴陸安，出館司之後；劉永福、張世榮率部沿紅河直下，期收夾擊之效。岑毓英企圖先後奪取陛司、宣光，並以集結於雲南邊境的滇軍主力六千餘人沿紅河逐次進佔夏和、清波以及臨洮等地，得手後，再與東線清軍會師，併力進攻北寧、河內。
北圻法軍為貫徹其西守東攻的作戰方針，於10月11日撤走館司守軍，以便縮短防線，固守興化、端雄、宣光，保證河內以西地區的安全。岑毓英鑒於館司之敵自動撤離，便將黑旗軍及滇軍張世榮部集中指向宣光。
宣光城築有石牆，依山傍水，「向稱天險，城內一山聳峙，懸炮可擊外軍，城外植竹五六重，兵難破入」１。10月中旬，清軍陸續進抵宣光附近，因法軍水陸防守甚嚴，便在離城十里的琅玡、中門等處紮營。此時，東線桂軍已失郎甲、船頭，清廷嚴令滇軍速進，以分敵勢。岑毓英乃於10月20日由保勝移駐文盤，並調原駐紮於雲南邊境的記名提督吳永安、鄒復勝所部四千人和記名總兵覃修綱所部二千餘人進扎館司、夏和、清波一帶，伺機向興化等地進擊，威脅敵軍後路；同時，令宣光清軍逐步進逼城下，四面圍困敵人。
法軍為確保宣光，穩定北圻西線防禦態勢，從11月4日至12日，多次派兵增援，但大都被清軍擊退。11月12日起，清軍於宣光東南十餘華里的左育地方清河（今瀘江）兩岸挖築地營，並將以前截獲的船隻裝石塞河，以期截斷法軍水路交通。11月18日，法軍端雄、山西地區指揮官多米尼親率步、炮、工兵千餘人，搭乘炮艦五艘、民船十餘隻，趁連日大雨、清河水漲之機，增援宣光，遭到埋伏於左育清河兩岸的清軍夾擊，不能通過。次日，法軍捨舟登岸，分兩路進犯左育。清軍依托地營斃傷法軍百餘人，但因工事尚未全部構成，又遭敵人腹背夾擊，被迫撤出陣地。法軍立即上船，駛抵宣光，加強了城防力量。岑毓英強調必須先取宣光，滇桂各軍聯為一氣，才能相機進取，因而使黑旗軍和大量滇軍長期頓兵於堅城之下，不能東進，坐視法軍集中兵力專注諒山。
12月，清軍圍城部隊又得到補充。月初，唐景崧在龍州招募的四個營（二千人）經牧馬進抵宣光城外（後又擴編為六個營）；月底，記名總兵丁槐所部十三小營（共三千人）出馬白關，經河陽（今河江）進至宣光。1885年1月中旬，岑毓英由文盤進扎館司，隨即派兵三千六百人由記名提督何秀林率領前往宣光方向，進一步加強圍城兵力。在此期間，宣光清軍重新調整了部署：由黑旗軍和何秀林部擔任阻援，唐景崧、丁槐（兼統張世榮部）兩部分駐城北和城南（均離城一公里左右），擔任攻城。
1月26日，唐、丁兩部合力奪取宣光城南法軍據點，法軍開東門出援，雙方展開激戰，彼此傷亡很重。後因何秀林部趕來增援，法軍又撤入城內。接著，清軍採用「滾草龍」的戰法１，於31日奪取了南門炮台，並殲敵二百餘人。此後，法軍被迫龜縮城中，由於水路被黑旗軍切斷，供應日缺，處境極艱，只好用玻璃瓶、竹筒等封裝求援信，投入清河順流而下，向端雄、河內告急。2月，清軍連續攻城，多次挖地道用地雷炸開城牆，從缺口突入城內，但因法軍阻擊火力較猛，均未成功。
波裡也為解宣光之圍，親率由諒山撤回的法軍第一旅溯河而上，2月27日於端雄登陸，與不久前派出的先遣部隊會合。
清軍偵知法軍大隊來援，立即由何秀林部撥一千人前往左育，協助黑旗軍阻援。另以覃修綱部二千人出扎臨洮府附近，待法軍攻左育時，向端雄前進，斷敵後路。3月2日，法軍分路進攻左育及對岸的同章。左育黑旗軍依托地營頑強抗擊，並引發地雷，多次打退法軍的衝擊，斃傷大量敵人。後由於防守同章的黃守忠部黑旗軍被敵擊潰１，法軍佔據對河高地，安設炮位，向左育黑旗軍輪番炮擊。劉永福所部黑旗軍傷亡近千人，不得不撤出左育陣地。新趕到的何秀林部也不支敗退。覃修綱部進至端雄，聞法軍已抵宣光，只得仍回臨洮、清波。
岑毓英見宣光法軍兵力大增，隨即命令疲憊不堪的圍城部隊撤至宣光附近山區休整；唐景崧所部六營則經占化撤往牧馬。西線清軍圍攻宣光的計劃半途而廢，東下河內的意圖隨之落空。據岑毓英奏稱：此次以近萬人攻城，「歷三十五、六晝夜，久雨泥滑，死者一千數百餘人，傷者二千餘人，疲憊不堪，不能不暫為休息。」２岑毓英明知「頓兵堅城，徒傷精銳」３，唐景崧也「明知攻堅，兵家下策也」，可是又強調「事急不得不攻，且城垂拔亦不肯松勁」４。不難看出，此次行動的失利，實屬作戰指導上的嚴重錯誤所致。以滇軍當時的兵力，一面圍宣光，一面沿河東進，威脅河內，使敵不敢增援宣光，是可能辦到的。此著不行，頓兵堅城，反為敵所牽制，置優勢兵力於無用。宣光既久攻不下，就應適時把作戰重點改為打援，援兵既挫，宣光不難攻下。此著又不用，結果喪失主動，為敵所敗。
四、清軍陸路大捷（參見附圖十五）
（一）臨洮敗敵
1885年3月，法軍既解宣光之圍，即以第一旅留守宣光，其餘部隊撤回端雄、河內等地。接著，波裡也企圖向興化以西紅河兩岸滇軍發動進攻，進一步改善法軍在北圻西線的態勢，保障主力繼續在東線發展進攻。岑毓英獲此情報，即令覃修綱部（此時約為四千人）嚴守夏和、清波、錦溪等紅河兩岸要點，令雲南農民軍竹春、陶美等部千餘人及越南義軍一部，與滇軍李應珍部共同防守臨洮府以東村落，劉永福則率黑旗軍進駐臨洮。
3月23日，法軍非洲兵千餘人及越南教民一批，由興化渡紅河，進攻臨洮東南的山圍社。在此防守的中越軍民聯合部隊堅守地營，沉著應戰。待敵接近時，槍炮齊鳴，並引發地雷，打退了進攻之敵。法軍連續幾次衝擊，守軍均依托工事，發揮近戰火力，頑強奮戰，斃傷不少敵人，守住了陣地。傍晚，正當法軍進退維谷之時，與劉永福有聯繫的越南義軍在村落四周遍插黑旗，用中國話齊聲喊殺。法軍以為突遭黑旗軍包圍，驚魂落魄，紛紛脫掉軍服，乘夜從附近的河溝泅水，偷偷向越池方向逃竄。守軍沒有發覺，未予追擊。
中越軍民在臨洮附近大敗法軍，斃傷敵軍數百人１，繳獲法軍紅白衣褲、軍帽等千餘件。這是西線戰場上取得的一次較大勝利。這次戰鬥的主要特點，是中越兩國軍民緊密配合，英勇戰鬥。另外，守軍充分利用地形，構築了比較適應當時作戰情況的野戰工事——地營，減煞了敵人的火力優勢，彌補了自己火力不強的弱點，也是這次取勝的一個重要原因。
唐景崧對滇軍構築地營一事，作了相當詳細的記載１，這表明滇軍在這方面有其獨到之處，至少在他看來，如此完善的地營是當時戰爭中的新鮮事物。
「野戰築城工事具有和軍隊同樣悠久的歷史。」「兵力上處於劣勢的軍隊，可藉以成功地抵抗優勢敵人，因而野戰工事能對戰局的結果起重大影響。」２隨著野戰炮兵的大量使用和火炮射速與彈丸威力的加大，僅憑地面工事遠遠不能適應戰爭的需要，從而迫使人們向地下發展，構築既能防護自己、又能攻擊敵人的地下工事。地營的出現和發展，正是戰爭發展的必然產物。在中法戰爭中，滇軍和黑旗軍一直重視這一作戰手段，「紮營之處，兵卒均荷鋤鏟刀鋸之類，掘地鋸木」３，修築基本上相當於今日有被覆的野戰掩體的地營，在各次戰鬥中都收到了較好的效果。
（二）鎮南關大捷（參見附圖十六）
在潘鼎新不戰而逃、東線法軍直逼廣西國門的情況下，龍州等地商民驚徙，游勇肆掠，難民蔽江而下，廣西全省大震，形勢十分嚴重。清廷以廣西關外各軍迭次失利，於2月17日電令馮子材幫辦廣西關外軍務。馮子材雖已年近七旬，但「久任廣西提督，三次出關，威惠素著，得桂、越人心」１。由於潘鼎新遠離前線，前敵將領公推馮為東線總指揮。２馮子材決心「保關克諒」，並相機收復北圻各城。他一面調整部署，令部下趕修工事，一面整頓軍紀，安定民心，迅速穩定和改善了防禦態勢。
與此同時，清政府通過總稅務司赫德的私人代表金登干１在巴黎與法國政府之間的秘密談判正在加緊進行。由於法軍在北圻東線佔領諒山之後，接著於3月3日在西線解了宣光之圍，法國政府急於趁勝迫和，以緩和國內人民對曠日持久的戰爭所表現的強烈不滿。為了保證它在和議中處於更加有利的地位，法國政府要求東線法軍繼續發展進攻。波裡也隨即於3月16日電告尼格裡：現在正與中國進行談判，若能對龍州有所動作，派北非騎兵前去，將大有裨益。你看有什麼辦法，可以使中國人相信我們不久就要向龍州進攻。２接著，波裡也向諒山方面增派援軍。尼格裡認為威脅龍州是「玩一種危險的把戲」３，但還是積極備戰，待命行動。
根據當面敵情和廣西中越邊境的地形條件，馮子材經過反覆勘察，選定關前隘（今隘口南）附近的有利地形構築防禦陣地。關前隘在鎮南關內約八華里處，東西兩面高山夾峙，中間為寬約二華里的隘口。東面的大青山高八百餘米，向南傾斜與小青山相連，再南為馬鞍山，一直延伸到鎮南關的東面。西面的鳳尾山高六百餘米，同樣向南傾斜，直至龍門關（一東西向峽口，有小路可通扣波），然後經一座大石山延伸到鎮南關的西面。關前隘南面的谷地寬二華里多，谷地南端有幾座小石山，往南直至鎮南關都是起伏不平的山丘，統稱橫坡嶺。馮子材命令部隊在關前隘附近築起一道土石長牆（長三里多，高約七尺，寬約四尺），橫跨東西兩嶺之間，牆外挖掘四尺寬的深塹，以利堅守，並在東西嶺上修築堡壘多座，構成一個較完整的山地防禦陣地體系。
在兵力部署上，馮子材親率所部馮軍擔任關前隘正面防禦，扼守長牆和山險要地；王孝祺部八個營屯於馮軍後面半華里處，作為正面防禦的第二梯隊；王德榜所部湘軍十個營屯於油隘，保障入關旁路的安全，並相機襲擊敵後；蘇元春及陳嘉所部桂軍十八營屯於幕府（關前隘之後五華里），作為總預備隊；魏綱所部鄂軍八個營駐平而關，控制由艽封（今七溪）至龍州的水道。此外，蔣宗漢部（楊玉科陣亡後，所部由蔣統領）及方友升部共十餘營屯於憑祥，潘鼎新率淮軍五營屯於海村，以鎮後路。加上駐龍州、新街等處部隊，東線清軍總兵力約達八十餘營。
8月9日，尼格裡派北非騎兵和越偽軍各一部，企圖由文淵練扣波進佔艽封、牧馬，繞出鎮南關之北，擺出一副威脅龍州、切斷唐景崧部（當時已由宣光撤至占化）和馬盛治部（駐新街）歸路的架勢。馮子材根據越南人民提供的情報，立即派駐龍州的馮軍五個營１前往扣波，蘇元春則率桂軍暨魏綱部前往艽封。8月13日，法軍進至艽封，見清軍已先期到達，便掉頭南撤。到達扣波的馮軍奮力攔擊，法軍敗回文淵。爾後，蘇元春部仍回幕府，魏綱部八營和馮軍五營則分別留守艽封、扣波。
3月21日，馮子材為打亂敵人的進攻部署，不顧潘鼎新等人的阻撓，決定先發制敵，毅然率王孝祺部出關夜襲法軍前哨據點文淵，一度衝入街心，斃傷不少敵人，並毀炮台兩座後主動撤回，取得了較大勝利。由於清軍的主動出擊，尼格裡感到自己已處於被動地位，為爭取主動，他不待援軍到齊，決定提前發起進攻。
3月23日晨，法軍第二旅主力一千餘人趁大霧偷偷進入鎮南關。上午10時30分，大霧開始消散，法軍便分兩路進攻：主力沿東嶺前進；另一路沿關前隘谷地前進，企圖在主力奪取大青山頂峰大堡之後，兩路前後夾擊，攻佔關前隘清軍陣地。此外，法軍一部近千人配置於鎮南關東南高地，作為預備隊，並向油隘方向擔任警戒。馮子材立即商請駐於幕府的蘇元春部前來接應，又通知王德榜部從側後截擊敵人。馮子材自率所部和王孝祺部奮力迎擊當面之敵。法軍在猛烈炮火掩護下，經過幾小時的拚死爭奪，佔領了尚未完工的東嶺五座堡壘（分別構築於小青山五個相連的山峰上）中的三座。馮子材見形勢逐漸危急，激昂地高呼：「法再入關，有何面目見粵民？何以生為！」２馮、王兩部將士在愛國熱情激勵下，誓與長牆共存亡，個個奮不顧身，英勇抗擊，阻止了敵人的前進。下午4時許，蘇元春、陳嘉等率部自幕府趕來增援。不久，蔣宗漢、方友升部也聞訊趕來。各部奮力抵抗，戰鬥甚為激烈，彼此勢均力敵，死傷相當。當天，王德榜部自油隘出擊法軍右翼，牽制了敵預備隊的機動，並一度切斷敵人運送軍火、糧食的交通線，有力地配合了東嶺的戰鬥。入夜，清軍進一步調整部署，由蘇元春部協助馮軍守長牆，王孝祺部守西嶺，陳嘉部守東嶺，蔣宗漢、方友升部扼守大青山頂峰。馮子材還派人持大令飛調駐扣波的五營馮軍前來抄襲法軍左翼。附近群眾連夜挑水送飯，趕運彈藥。將士們磨刀擦槍，修補工事，嚴陣以待。經過一番整頓，前線軍民更加同仇敵愾，決心與侵略者血戰到底。
3月24日晨，尼格裡指揮法軍分三路再次發起衝擊。在僥倖取勝的心理支配下，尼格裡首先派其副手陸軍中校愛爾明加率兵一部，利用大霧偷偷向大青山頂前進，企圖突然奪取大堡，控制東嶺制高點；但由於地形險峻，道路難行，法軍偷襲未逞，不得已沿原路退回。上午11時許，尼格裡見山頂久無動靜，以為偷襲部隊已不戰而佔領了山頂大堡，便命令以猛烈炮火轟擊清軍正面防禦工事，企圖掩護沿谷地前進的法軍接近長牆，配合東嶺法軍一舉突破關前隘陣地。馮子材立即傳令各部統領：「有退者，無論何將遇何軍，皆誅之！」１並於各路設卡，堵截逃兵。當敵人接近長牆時，馮子材持矛大呼，率領兩個兒子躍出長牆，衝入敵陣，展開白刃格鬥。全軍將士見主帥身先士卒，一齊大開柵門，向敵人衝去。當地人民群眾和部分散兵游勇也主動前來助戰，「伺便隨處狙擊」２。中午，從扣波趕來增援的五營馮軍在游擊楊瑞山、都司麥鳳標等率領下，由摩沙村（龍門關西口）衝進龍門關，突然出現在法軍側後，給進攻之敵以意想不到的打擊。經過一場激烈的殊死戰鬥，中路法軍狼狽退回谷地。在關前隘長牆激戰的同時，陳嘉、蔣宗漢相繼率部反覆爭奪被法軍佔領的東嶺三座堡壘。直到傍晚，王德榜部在擊潰敵之增援部隊及消滅其運輸隊後，從關外夾擊法軍右側後，配合東嶺守軍奪回了全部敵占堡壘。這時，王孝祺部也已擊退沿西嶺進攻之敵，並由西嶺包抄敵後。法軍三面被圍，傷亡甚眾，後援不及，彈藥將盡，開始全線潰散。於是，尼格裡不得不下令撤退，法軍丟下數百具屍體，狼狽逃回文淵。
馮子材指揮東線清軍取得了鎮南關大捷，共斃傷敵軍精銳近千人，繳獲大批槍炮、乾糧，大大鼓舞了中越兩國軍民的鬥志，沉重打擊了法國侵略者的氣焰。這是中法戰爭中關係全局的一戰。它不僅使北圻東線反攻轉敗為勝，而且使整個戰局發生了根本性的變化。「法人自謂入中國以來，從未受此大創。」１3月27日晚，法軍慘敗的消息傳到巴黎，立刻在法國統治階級中引起巨大的震動和恐慌。他們害怕因此而動搖法國在遠東初步建立起來的殖民統治，因而群起抨擊茹費理的遠東政策。法國人民也紛起反對茹費理政府的殖民戰爭。3月29日，法軍在諒山慘敗的消息接踵傳至巴黎，茹費理內閣隨即於3月31日在一片責罵聲中垮台了。
東線法軍經鎮南關慘敗之後，人數不滿二千，在文淵稍事休整，主力即倉卒撤至諒山，和已經到達那裡的援兵會合，總數增加到四千五百人左右。馮子材為了不給潰敗之敵以喘息機會，於3月26日親率所部及王孝祺部出關進攻文淵，並通知王德榜部由小路抄襲敵之右翼。文淵守敵傾巢出戰，清軍「分路四面環攻，槍炮雨密」２。戰不多時，守敵頭目中彈落馬，餘眾潰逃，清軍立將文淵收復。
這時，越南義軍已在諒山通往那陽、屯梅等交通線上加緊襲擾，給法軍後方以很大威脅。尼格裡企圖堅守諒山，等待更多援兵到達後再次進犯鎮南關，做了如下部署：主力扼守驅驢北面的一個高地，以確保驅驢，屏蔽諒山；一部兵力配置於淇江（今奇窮河）南岸，分守通向谷松、屯梅的交通要道；將老弱殘兵編成「城堡班」，駐守諒山城垣碉堡。
馮子材鑒於諒山為越南北部軍事要地，「若不急先攻取，實難成破竹之勢」。並且認為，法軍連戰皆敗，心膽已寒，「與其明攻多損士卒，不如暗取包易見功」。因此，與蘇元春等密商，「以正兵明攻驅驢，出奇兵暗取諒山」。１3月27日，馮子材派楊瑞山率所部繞道而進，乘夜渡過淇江，於次日黃昏潛至諒山，散伏城外各處。
3月28日，馮子材、蘇元春、王德榜、王孝祺各部次第向前挺進，分三路逼攻驅驢：馮子材、蘇元春率主力進攻正面；王孝祺部和馮軍一部進攻西面；王德榜部進攻東面。法軍依托驅驢北面高地的堅固工事，負隅頑抗，阻止了清軍的進攻。尼格裡鑒於其左翼和正面陣地工事堅固，而東面地形較難防守，決定由愛爾明加率軍一部，向東面的王德榜部發起反擊。下午2時許，馮、蘇兩部趁敵人調動兵力、正面防禦力量有所減弱之機，再次發起猛烈攻擊。激戰中，尼格裡胸部中彈重傷，接替指揮的愛爾明加隨即下令向淇江南岸撤退。諒山守敵在慌亂中砍斷浮橋，致使部分法軍在潰逃中落水溺死。之後，法軍退入諒山城，並立即部署分兩路向南撤退。
3月29日拂曉，清軍主力徒涉淇江，向諒山挺進。在此之前，埋伏於城外的楊瑞山部乘法軍熟睡之機，突然發起攻擊。城中法軍倉皇應戰，一片混亂。楊瑞山等「督率各營員弁、勇丁，蟻附而上，劈開城門，兵刃交下」２。法軍死傷纍纍，殘部向南逃竄。清軍追擊二十餘里，並邊進邊搜山，從山谷中俘獲不少敵人。
清軍在克復諒山的過程中，共斃傷法軍近千人，並繳獲大量軍械物資，僅楊瑞山部就奪獲大小火炮三十餘門。
諒山既克，清軍乘勝分東西兩路向南追擊。3月31日，東路陳嘉部及王德榜部攻克谷松，西路馮軍一部克復屯梅，進逼郎甲。法軍猶如驚弓之鳥，一口氣逃到郎甲、船頭一帶。
在這大好形勢鼓舞下，越南義軍的活動更加頻繁。北寧總督黃廷經集合各路義民二萬餘人，「建馮軍旗號，自願挑漿飯，作嚮導，隨軍助剿，或分道進攻」１。河內、海陽、太原、西貢等地人民也紛紛醞釀起義，盼望清軍早日揮戈南下，趕走法國侵略者。馮子材決定於4月中旬親率東線全軍進攻北寧、河內；唐景崧部也準備出牧馬，攻太原；廣東方面，準備派兵出欽州，沿北圻東海岸進攻廣安；會辦雲南軍務鮑超所部三十餘營生力軍正向龍州前進，隨時準備入越；西線滇軍也已克復廣威等地，正向興化發展進攻。但就在這時，清廷下達了妥脅求和的停戰撤兵令，徹底破壞了前線軍民乘勝進軍的作戰計劃。