“中国人和以勇气镇定著称的鞑靼人在战斗的最后阶段表现得尤为出色……他们中没有一个后退，全都以身殉职”——保尔·瓦兰：《征华记》
1860年8月21日，天津大沽失陷后，僧格林沁统率蒙古马队七千、步兵万余名，从天津撤防退至通州(今北京通县)八里桥一带，准备与英、法联军进行“野战”。8月24日(七月初八日)，英、法联军占领天津城。8月31日(七月十五日)，咸丰帝急派大学士桂良为钦差大臣到达天津，会同直隶总督恒福向英、法侵略者谈判乞和。9月7日(七月二十二日)，当谈判破裂后，联军决计进犯北京。咸丰帝朱谕军机大臣和王大臣绵愉、载垣、端华、肃顺等人，表示与英法“决战”，并提出了决战时机“宜早不宜迟，趁秋冬之令，用我所长，制彼所短”(《筹办夷务始末(咸丰朝)》卷60，第2233页)。同时，谕令“所有通州一带防剿事机”，统归僧格林沁、瑞麟“严密布置”，“厚集兵力，以资攻剿”。次日再次下达朱谕：“一面发报，一面知照僧格林沁督兵开仗”(同上，第2238页)。僧格林沁便在通州一带加紧部署防务。他表示“自当奋力截击”(《僧格林沁瑞麟奏报洋人北来预筹迎剿办法折》)，严阵以待，准备迎击敌军的进攻。
当时，僧格林沁在通州一带的军事部署是：他把督师军营设在通州与张家湾之间的郭家坟，由他统率马、步兵17000人，驻扎在张家湾至八里桥一线，扼守通州至京师广渠门(今建国门)的大道，战略目的是保卫京师。其兵力的部署，防守通州有4000人，张家湾驻兵1000人;命副都统格绷额督带蒙古马队3000人，驻守在张家湾的东面和南面，准备迎击来自北塘和天津的进犯之敌;又命副都统伊勒东阿督带蒙古马队4000人防守八里桥;另有1000名察哈尔蒙古马队由总管那马善统带，防守马驹桥东南之采育，以防敌军从马头西进，绕道进犯京师;署直隶提督成保率绿营兵4000人防守通州。总计：僧格林沁统率清军约达近3万人，其中蒙古马队共近1万人。此外，还有副都统胜保率京营5000人驻守齐化门(即朝阳门)以东至定福庄一带，作为声援僧格林沁和护卫京师的后备部队。僧格林沁为了加强通州一带的防务力量，除原调绥远、归化二城(今内蒙古呼和浩特)操演兵1000名外，“还派兵五百名，遴委得力将弁管带，配齐军火器械，于七月十九日，兼程驰往通州，听候调遣”(《筹办夷务始末(咸丰朝)》卷60，第2254页)。与此同时，僧格林沁奏谕又从卓索图、昭乌达、哲里木三盟中每盟各续调1000至2000名蒙古骑兵(《清文宗实录》卷325，第8～9页)，调往京师附近驻扎。
9月18日(八月初四日)，英、法联军先头部队自天津北犯，是日中午，自河西务逼近张家湾附近，并向张家湾的清军驻地发炮攻击。僧格林沁所部守军早已严阵以待，并遵前旨：“倘该夷一过张家湾寸步，即督兵迎击，痛加剿戮”。杀伤敌军众多，但如僧格林沁奏报说：“至该夷于午刻马步各队进前扑犯，经我兵枪炮齐施，毙贼无数。正分拨马队抄击，该夷火箭数百支齐发，马匹惊骇回奔，冲动步队，以致不能成列，纷纷后退”(《钦差大臣僧格林沁等奏英军来扑迎击失利退守八里桥折》，咸丰十年八月初四日，见《第二次鸦片战争》五，第84页)。在清军失利的形势下，僧格林沁立即率部退"入八里桥，以扼赴京道路"，随后，英、法联军一举占领了张家湾和通州城。
僧格林沁所部满、蒙马队和绿营兵退守八里桥后，他和瑞麟商定，全军分设南、东、西三路截击敌军。其中，将近1万名满、蒙马队军部署在八里桥一带防守。八里桥东距通州八里，西距京城三十里，是由通州入北京城的咽喉要地。清军利用八里桥周围的灌木丛林，在这里构筑了土垒和战壕，准备和敌军在此决一死战。当时，僧格林沁在奏折中曾向朝廷立下誓言：“奴才等现在督带官兵退八里桥以扼赴京道路。奴才等赶紧再振军心，倘该夷由通(州)上犯，奴才等惟有与之以死相拼”(《钦差大臣僧格林沁等奏英军来扑迎击失利退守八里桥折》，咸丰十年八月初四日，见《第二次鸦片战争》五，第84页)。
9月21日(八月初七日)凌晨4时，清军由通州和张家湾、郭家坟一带向八里桥推进。上午七时许，英法联军分东、西、南三路对八里桥守军发起攻击。僧格林沁命令蒙古骑兵冲杀，他们用长矛、马刀和弓箭等落后武器，齐声呼喊杀敌。一部分骑兵一度冲到敌军指挥部附近，距敌人四五十米远的地方，短兵相接，英勇杀敌，激战一时许，毙伤敌军千余人。随后，由于南路法军第二旅将大炮炮弹倾泻在八里桥上，清军遭到重大伤亡。但守军与法军第二旅在桥边进行肉搏战。僧格林沁亲临前线，指挥蒙古马队穿插于敌人的南路与西路之间，试图分割敌军的阵势。尔后，由于胜保所部败退，只是与西路敌军进行激战，因此，僧格林沁指挥蒙古马队分割敌人阵势的计划未能实现。但他仍然“骑着马站在前面，挥舞着黄旗表示挑战”(德·巴赞古《远征中国和交趾**》第2卷，第230～231页，见《第二次鸦片战争》六，第293页)。
八里桥之战，从早上7时打到正午时刻，战斗十分激烈。其中，蒙古骑兵在战斗中表现得异常勇敢，冒着敌人的密集炮火，多次冲向敌军阵营进行英勇的战斗。史书中记载：“八里桥之役，中国军队以少有之勇敢迎头痛击联军。他们的军队是由两万五千名鞑靼兵和为数众多的民团所组成的”，“尽管他们呼喊前进，勇猛和反复地冲杀，还是一开始就遭到惨败!然而，他们顶住了使他惨遭伤亡的强压火力”，最后，他们“还是宁愿一步不退，勇敢坚持，全体就地阵亡”(吉拉尔《法兰西和中国》，《第二次鸦片战争》六，第294页)。还有的史书记载说：“中国人和以勇气镇定著称的鞑靼人在战斗的最后阶段表现得尤为出色……他们中没有一个后退，全都以身殉职”(保尔·瓦兰《征华记》，见《第二次鸦片战争》六，第292页)。
僧格林沁作为清军的统帅、八里桥战役的总指挥，他以英勇顽强抵抗外国侵略者的精神，奋力指挥全军作战，最后在八里桥上决战的时刻，公然挺身而出，骑着马站在桥中央，命令一名身材高大的蒙古旗手，高举"僧王大旗"挥师抗击敌军。根据一个英国随军翻译的记载：在八里桥激战时，“桥口站着一个身材极为高大的鞑靼人，他看起来像是总司令(指僧格林沁)的旗手。他手执一面写有黑字的大黄旗，并且把这面旗帜不时指向所有的方向。此乃僧王之旗，所有官长的眼睛都注视着它，因为它正向全体中国军队下达着命令……此刻，全军精锐亲自保卫的那座桥也业已堆满尸体，然而这个鞑靼人尽管已孑然一身，却仍挺立在那里，可能正在传达僧王的最后命令。子弹、炮弹在他的周围呼呼作响，飞啸而过，而他却依然镇静不动”。直到一枚"霰弹把他击倒在地，于是大旗也向一旁倒去，随着它的旗杆而去的是一只紧紧抓住它的痉挛的手……"(德里松伯爵《翻译官手记》第283～284页，见《第二次鸦片战争》六，第294页)。如此可歌可泣的壮烈场面，代表性地表现出了中国各族军民抗击外国侵略者宁死不屈的爱国精神。
八里桥之战，是关系到北京安危的关键性一战，这次战役虽遭失败，但以蒙古骑兵为先锋的中国军队奋不顾身、前仆后继地抵抗外国侵略者的英雄业迹将是永不泯灭的。