- Sau khi hạ đồn Kỳ Hoà, liên minh quân Pháp và Tây Ban Nha tiến đánh Biên Hoà. Kế hoạch đánh chiếm Biên Hoà của quân Pháp được vạch ra bởi đô đốc Bonard.
- Vua Tự Đức cử Khâm sai đại thần Nguyễn Bá Nghi vào Biên Hoà tiếp viện, phòng thủ với khoảng 15.000 quân ngăn chặn sự bành trướng của Pháp ra các vùng kế cận. Khâm sai đại thần Nguyễn Bá Nghi với chủ trương nghị hoà nhưng bất thành.
- 13 tháng 12 năm 1861 gởi tối hậu thư cho Nguyễn Bá Nghi đòi triệt thoái các pháo đài và vật cản trên sông Đồng Nai.
- Ngày 14 tháng 12 năm 1861, thực dân Pháp đưa quân tiến đánh Biên Hoà. Cuộc tấn công này do Chuẩn đô đốc chỉ huy trưởng Bonard soạn thảo chiến thuật tấn công gọng kìm bằng đường thuỷ và đường bộ bằng 4 cánh quân.
Ngày 17 tháng 12 năm 1861, tiến thẳng đến trước thành Biên Hoà. . Với lực lượng hoả lực mạnh, đại bác địch liên tục nã pháo phá thành, mở đường cho bộ binh tiên vào. Quân đội nhà Nguyễn chống trả quyết liệt.
- Trước sức tấn công của địch, vào đêm ngày 17 tháng 12, Khâm sai đại thần Nguyễn Bá Nghi bí mật ra lệnh cho quân rút khỏi thành Biên Hoà, băng qua vùng rừng núi Phước Tuy, chạy về Bình Thuận.
- Ngày 18 tháng 12 năm 1861, quân Pháp tiến vào thành Biên Hoà bỏ trống, thu nhiều chiến lợi phẩm. Sau khi chiếm thành Biên Hoà, quân Pháp cho lực lượng bộ binh đóng giữ, thành lập một bệnh viện thu nhỏ để phục vụ cho binh lính.
