大沽口北岸的炮台实力与南岸相差无几，但这时双方的心态却发生了极大的变化，联合舰队是乘胜进击，士气高涨，而炮台清兵己经目睹了南岸炮台失守，心气大跌，因此尚未开战，在气势上就己经先输了一头。而且对中华军进攻的抵抗力，也远不及南岸炮台那么强捍凶猛。第一批进攻的战船并没有费多大力气，就推进到了自己的射程以内，各舰的火炮立刻一起开动，向炮台发动猛烈的进攻。
一但战舰进入自己的射程之后，炮台上的火力就明显不敌，而偏偏就在这时，另一路舰队己经占领了水军基地，并且从炮台的侧后方发动了攻击。
大沽口的炮台设计，都是呈半圆形，临海的一侧筑有高台，而身后，以及靠水军基地的一侧却是完全敞开不设防的。毕竟在身后和侧后，都是属于自己的地方，不用担心敌人会从这里发动进攻。但却完全没有考虑到，一但水军基地失守，炮台的侧后方就是门户大开。而现在北岸的炮台面临的就是这样的局面。
本来这时北岸炮台就己经处于劣势，侧后方又遭到中华军的攻占，更是雪上加霜。而且这时基地里的舰队都己经撤退了，自己还死守着炮台干什么，因此炮台的守军也立刻放弃了炮台，向天津卫的方向退去。而成钢乘机派出登陆部队，占领了北岸炮台。
致止整个战斗己经进行了六个多小时，这一次中华军联合舰队出击的战斗目标已经全部实现，一共击沉了清军各种战船近六十艘，俘虏的战船多达二十三艘，其中还有一艘是荷兰造的西式帆船。击毙清军约有三千余人，俘虏清军一千三百多人，造船工匠七百余人，还有二十一名荷兰人，十二个造船工匠，九名训练军官。另外还占领了大沽口的南北两个炮台，就水军基地也落入自己手里。尽管逃脱了一部份清军的战船，但水军基地里的物资，以及北岸炮台上剩余的火炮都被联合舰队所得，也可以说是取得了全面的胜利。
而联合舰队自身的伤亡是，伏波军被击沉战船三艘，为一艘巡洋舰，二艘护卫舰，受伤战船五艘，为二艘巡洋舰，二艘驱逐舰，一艘护卫舰，人员战死九十七人，受伤一百一十七人。郑成功的舰队被击沉战船三艘，受伤战船四艘，人员战死一百三十三人，受伤一百五十二人。
当天联合舰队就在清廷的水军基地里休息。而就在第二天，天津卫的清军闻迅之后，派遣了两万人马，赶来复夺炮台和基地。但在中华军水陆两路夹击之下，清军被打得大败，人马死伤二千余人，又退回了天津卫，只得严守天津卫，然后向北京救援。
中华军一面抵挡淸军的反应人马，一面也在加紧搬运清军遗留下来的物资，俘虏的一千三百多名清军，也成为最好的劳动力。
最后中华军在基地和炮台里一共搜罗出来了火药五万余斤，粮食三千余石，生铁一万五千多斤，各种火炮六十七门。火枪七百五十三支。战马、骡驴等牲口两百多头，另外还有大量的造船用的木料、绳索、胶水、帆布、漆、油等等。而成钢也下令，把能带走的全部带走，如果实在是带不走的，就集中起来，准备在撤离的时候全部销毁。
三天以后，中华军联合舰队带着所有的俘虏和战利品，从大沽口扬帆出发，返回登州，而在临行之前，用炮台火药将大沽口北岸的炮台给炸毁，然后又放了一把大火，水军基地全部烧毁。
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