就在“勇敢号”艰难地试图转过弯角时，山顶突然升起三颗红色信号弹！刹那间，罗大纲埋伏在上游的“镇海营”主力如神兵天降！两艘“镇海级”炮舰利用蒸汽动力迅速抢占T字横头优势阵位，侧舷炮窗齐开，猛烈轰击！与此同时，两岸山林中，石达开预先部署的炮兵阵地也突然开火，劈山炮和迫击炮的炮弹呼啸着砸向法舰！更致命的是，数十艘满载硫磺、硝石、油脂的“水鬼”快艇，借着水流和浓烟掩护，如离弦之箭般冲向法舰！
“轰！轰！轰！”爆炸声震耳欲聋。“警觉号”炮艇首先中弹起火，弹药库被引爆，迅速沉没。“突击号”也被多发炮弹击中，舵机失灵，在原地打转。体型庞大的“勇敢号”成了活靶子，虽然其装甲较厚，但在上下夹击、尤其是“镇海级”重炮的轰击下，甲板上一片狼藉，蒸汽锅炉房被一发迫击炮弹命中，高压蒸汽喷涌而出，造成大量伤亡，动力系统瘫痪，舰体开始倾斜。
杜佩少校惊慌失措，试图指挥陆战队登陆抢占岸边高地，但刚放下小艇，就遭到石达开麾下壮族山地兵精准的排枪射击和滚木礌石攻击，死伤惨重。战斗持续了近三个时辰。“突击号”在重伤后挂起白旗投降。“勇敢号”在绝望中试图冲滩，但最终搁浅在浅滩上，杜佩本人被罗大纲的水师陆战队生擒。两百名法军陆战队除三十余人被俘外，其余全部被歼。兴业军缴获了大量先进武器和舰船（虽“勇敢号”重伤，但仍有研究价值），自身伤亡约八百人，多为接舷战和攻坚时牺牲。
几乎与此同时，在陆上战场，石达开与石永信联军，在阮知方（已被石永信成功策反）的谅山守军内应下，向驻防谅山的阮朝官军发起猛烈进攻。石达开亲率“虎贲营”精锐，采用正面佯攻、侧后奇袭的战术，一举突破城外防线。阮知方则在城内趁机打开城门，里应外合。阮军本就士气低落，见主将倒戈，纷纷溃散或投降。联军迅速占领谅山这座战略重镇，缴获大批粮草军械。随后，联军乘胜进军，势如破竹，连克北宁、山西等重镇，兵锋直指河内。
河内城内的阮朝 北方统抚大臣 阮文孝闻听法夷舰队覆灭、谅山失守、兴业大军逼近的消息，惊惧交加，旧病复发，卧床不起。城内官员人心离散，守军毫无斗志。石永信提前派入城内的细作趁机活动，散布“兴业天兵，只诛首恶，不伤百姓”、“开仓放粮，免税三年”等消息，并暗中组织贫民准备迎接。十一月初，兴业大军兵临城下，阮文孝在属下劝说下，开城投降。河内，这座北圻的政治经济中心，未经激烈战斗，便落入“兴业”手中。
占领河内，仅仅是政治棋局的第一步。李云峰远在宝华山，通过“神行线”发出了一系列详尽的政治指令，石达开和石永信则作为前线总指挥，精密地执行着“将安南纳入版图”的宏伟计划。
舆论准备与民心争取（软刀子割肉）： 大军入城后，纪律严明，秋毫无犯。石永信立即以“兴业安民使”的名义，发布安民告示，宣布废除阮朝的一切苛捐杂税，特别是人头税和通行税，只征收轻微的田赋和商业税。同时，下令打开河内、海防等地的官仓，将囤积的陈米分发给贫苦百姓和投降的阮军士兵。林染墨医药局派出的医疗队也随军行动，在城内设立义诊点，免费为百姓治病施药。这些措施迅速赢得了底层民众的拥戴。同时，宣传机构开足马力，通过张贴告示、街头演说等方式，大力宣扬“兴业”击败法夷、拯救安南的“丰功伟绩”，并猛烈抨击阮朝 顺化朝廷的腐败无能、丧权辱国，激发北圻官民的地方主义情绪和自立意识。
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