袭艽封、攻牧马，绕出镇南关之北，急调兵力前往扣波和艽封，挫败了法军迂回的企图。19日，有人密报法军将入关攻打龙州，为了打乱法军的进犯计划，冯子材决定先发制人。于21日夜间率王孝祺部出关夜袭法军占据的出击文渊（今越南同登），击毁法军炮台两座、毙伤法军多人，取得较大胜利。清军的主动进击，打乱了法军的作战部署，迫使法军东京军区副司令尼格里上校决定不等援军到齐即向清军坚固防御阵地发起进攻。23日晨，法军第2旅千余人趁浓雾偷偷进入镇南关，另以千余兵力屯于关外作预备队。

上午9时30分，大雾开始消散，法军兵分两路组织进攻：第一四三团第1营和外籍军团第2营等沿东岭向大小青山方向实施主攻；第一一一团第1营沿关内谷地前进，向长墙进攻，企图在主攻部队得手后两路夹击，攻占关前隘清军防御主阵地。法军主力在炮火掩护下，攻占东岭三座堡垒。并猛攻长墙。冯子材指挥所部顽强抵抗，一面商请驻于幕府的苏元春部前来接应，并通知王德榜部从侧后截击法军。在丢失三座堡垒的危急关头，冯子材大声疾呼：“法再入关，有何面目见粤民？何以生为？”守卫清军在冯子材的爱国情感鼓舞下，英勇抗击，誓与长墙共存亡，阻止了法军的前进。

下午4时许，苏元春率部赶到东岭参战，王德榜部也自油隘袭击法军，并一度切断了法军运送军火、粮食的交通线，牵制了法军预备队的增援，有力地配合了东岭的战斗，战斗呈胶着状态，入夜，清军进一步调整部署，由苏元春部协助冯子材守长墙，王孝祺部夺西岭，陈嘉部守东岭。冯子材还另调驻扣波的5营冯军前来抄袭法军左翼。次日晨，尼格里指挥法军在炮火掩护下，分三路再次发起攻击，沿东岭、西岭和中路谷地进攻关前隘阵地。冯子材传令各部将领：“有退者，无论何将遇何军，皆诛之”。经激战，法军接近长墙，冯子材持刀大呼，率先率领两个儿子跃出长墙，冲向法军。全军感奋，一齐出击，与其进行白刃格斗，战斗异常惨烈。

战至中午，终将中路法军击退。与此同时，陈嘉部、蒋宗汉部在东岭与法军展开了激烈争夺战，傍晚时分，王德榜在击溃敌之增援部队及消灭其运输队后，从关外夹击法军右侧后，配合东岭守军夺回被占堡垒。这时，王孝祺也已击退沿西岭进攻之敌，并由西岭包抄敌后，使其腹背受敌。法军三面被围，法军死伤近300人，后援断绝，弹药将尽，被迫败退，尼格里只得下令撤退，狼狈逃回文渊、谅山。冯子材抓紧有利战机，率部乘胜追击，于26日攻克文渊，29日攻克谅山，宣称毙法军近千名，重伤法军指挥官尼格里，后又将法军残部逐至郎甲以南。取得重大的胜利。

1885年3月30日，赫本哲放弃谅山的消息传到法国本土，法国总理茹费理内阁以306对149的票数否决了茹费里的“增拨军费案有先议权”提案。茹费理引咎辞职。然而茹刚一辞职法国就同意“应先前要求”给越南法军垫付五千万法郎“人们认为是法国战争计划的象征”表明法国丝毫也不打算停止战争。而在此役后清军已经精疲力尽，刘永福部“所存不足五百名……多方招集不足千人，战守两难，进退失据。”清朝财政方面，四川总督丁宝祯在1884年就拿不出供鲍军的十万两银，说“鲍超军需甚重，措办为难”，在英国调停下，李中堂和法国公使巴德诺在天津会谈，于6月9日签订了《中法天津条约》为结局。中法天津条约的主要内容就是确认了1884年战局对中国不利时法国和越南之间签订的《第二次顺化条约》，其中否定了中国对越南的宗主权，改由法国全权管理越南。法国军队移交台湾，中国军队撤出越南，至此越南脱离中国，成为法国属地。

6月11日，天津条约签订。左宗棠对主和的李鸿章作出以下批评：“对中国而言，十个法国将军，也比不