馬尾是閩江下游的天然良港，福建海軍和船廠均在港內(nèi)。自“觀音橋事件”后中法談判以來，法國軍艦已在港內(nèi)“游歷”了近一個月的時間。主持福建軍務的欽辦福建海疆事宜大臣張佩綸、閩溉總督何璟、船政大臣何如璋、福建巡撫張兆棟和福州將軍穆圖善等人，因為擔心阻止法艦進入港內(nèi)會引發(fā)沖突，弄不好會影響中法和談，責任太大，于是便聽之任之。同時嚴令福建水師各艦“不準無命自行起錨”“不準先行開炮，違者雖勝亦斬”。于是，法國軍艦在馬尾港進進出出，自由自在，而中國軍艦則處在法艦監(jiān)視之下，不得移動。
8月17日，清政府見和談無望，下令沿海、沿江各省加強防備，但對馬尾方面，僅指示法艦在內(nèi)者，應設法阻其出口；其未進口者，不準再人，并未解除不得主動出擊的禁令。
當時泊于馬尾的法國軍艦有八艘，排水量為—萬四千五百噸，重炮七十七門，魚雷艇兩艘，官兵一千八百人。另有兩艘軍艦在金牌、瑁頭一帶江面，防止清軍塞江封口，保障后路的安全。福建水師雖然有軍艦十一艘，但排水量僅九千九百噸，普通火炮四十七門，官兵一千一百人。法國艦隊大都是鐵甲船，而福建水師卻都是些木肋兵船。法國艦隊配置的重炮，可以輕易擊穿福建水師的木肋甲板，而福建水師的火炮對法國艦隊的鐵甲基本沒有威脅。從噸位、防護能力、重炮數(shù)量、兵員素質(zhì)等方面來看，法國艦隊有著明顯的優(yōu)勢。最為糟糕的是，福建水師清軍的戰(zhàn)艦大都是法國人設計監(jiān)造的，各艦的性能對法國人來說毫無秘密可言，交戰(zhàn)雙方根本不處于一個等級。
8月22日，法國政府電令孤拔消滅中國福建海軍。孤拔決定，次日下午趁退潮船身轉(zhuǎn)移方向時開戰(zhàn)，因為那時福建水師的軍艦正好暴露在法國艦隊的炮火之下。
8月23日上午8時，法國駐福州副領事向何璟發(fā)出最后通牒，限福建海軍于當日下午撤出馬尾，否則開戰(zhàn)。何璟得知后，手足無措，竟然對福建水師將士封鎖消息。
馬尾港內(nèi)的各國領事和商人紛紛下船，明顯是要開戰(zhàn)的樣子。福建水師的將士們見情況緊急，強烈要求做好臨戰(zhàn)準備。但張佩綸居然斥責請戰(zhàn)將士，連軍火武器也不下發(fā)。等到下午一點，法國艦隊已經(jīng)升火起錨，張佩綸和何璟等人這才慌了神，趕緊派人去見孤拔，要求明日再戰(zhàn)。這顯然是不可能的。
8月23日下午1時56分，孤拔趁落潮之機，指揮法艦突然發(fā)起攻擊。福建水師戰(zhàn)艦未及起錨即被敵炮擊沉兩艘，重創(chuàng)多艘。廣大愛國士兵義憤填膺，奮起還擊。旗艦“揚武”號在駕駛官詹天佑和管帶張成帶領下'不顧何璟的禁令，事先作好戰(zhàn)備。當法艦開炮時，立即沉著應戰(zhàn)，用尾炮準確地襲擊法軍旗艦“伏爾泰”號，擊斃法軍六名。法軍魚雷艇見“揚武”號兇猛，便偷襲過來并發(fā)射了幾枚魚雷，“揚武”號不幸被擊中，隨后擱淺沉人港中。水師岸防大炮隨即命中這艘魚雷艇，使之鍋爐爆炸，喪失作戰(zhàn)能力。炮艇“福星”號剛一開戰(zhàn)，就已經(jīng)被法艦擊中，船上燃起熊熊大火，但官兵們在危難時刻毅然斷錨轉(zhuǎn)向，沖入敵陣，瞄準敵人旗艦猛烈射擊，連續(xù)命中。后“福星”號遭到法艦三面圍攻，在重炮轟擊下，火藥庫中彈爆炸，全艇官兵壯烈殉國。戰(zhàn)艦“揚威”號在法艦開炮后，也立即勇敢回擊。當它在兩艘法艦的夾擊下被打穿船體后，艦上官兵置生死于不顧，仍然頑強發(fā)炮挫傷法艦，直到被法魚雷艇擊沉前的剎那間，還發(fā)射出最后一發(fā)炮彈，重傷法艦艦長和兩名士兵�！帮w云”號、“福勝”號也都臨危不懼，奮戰(zhàn)到底，直至最后沉沒。
江面戰(zhàn)斗進行了約半小時，福建海軍十一艘艦艇全部被法艦擊沉，海軍將士傷亡七百余人。法軍僅死傷三十余人，兩艘魚雷艇受重傷，其余為輕傷。
而就在將士們的鮮血染紅馬江之際，作為福建前線最高指揮官、—直以“主戰(zhàn)派”的形象出現(xiàn)在大家面前的張佩綸臨陣脫逃。
8月24日上午，法國艦隊用重炮轟擊馬尾船廠。清廷洋務派苦心經(jīng)營了十八年的造船基地福州船政局，在戰(zhàn)火中遭到嚴重破壞。此后幾天，法艦又沿馬江從上游炮擊兩岸炮臺。由于兩岸炮臺都是把大炮建在堅固的石灰炮眼里，只能向海面的一方發(fā)炮，對來自上游的敵人無法攻擊，結果全被法艦轟毀。之后，法艦揚長而去。從此，法軍牢牢地掌握了臺灣海峽的制海權，得以隨心所欲地全力侵臺。
馬尾海戰(zhàn)慘敗，清廷朝野震驚。從“基隆大捷”后的歡樂心情—下子跌入低谷。在主戰(zhàn)輿論的壓力下，8月26日，清廷發(fā)布上諭，正式對法國宣戰(zhàn)，譴責法國“橫索無名兵費，恣意要求”“先啟兵端”，令陸路各軍迅速進兵，沿海各地嚴防法軍侵人。
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