Ngay sau khi thành Hà Nội thất thủ, triều đình Huế phái Trần Đình Túc, Trương Gia Hội cùng hai giáo sĩ Gia Tô là Sohier và Danzelger ra Hà Nội để điều đình với Garnier nhưng Garnier đã cho quân binh đánh chiếm thêm nhiều nơi khác ở Bắc Kỳ. Hà Nội, Hải Dương, Ninh Bình, Nam Định nối nhau thất thủ. Tự Đức liền khiến Tam Tuyên tổng thống Hoàng Tá Viêm sung tiết chế Bắc Kỳ quân vụ và tham tán Tôn Thất Thuyết đem theo 1.000 quân đến đóng ở phủ Từ Sơn tỉnh Bắc Ninh lo việc phòng ngự. Tuy nhiên, quân tăng phái triều đình ra đến Thanh Hóa thì phải ngưng lại vì thành Ninh Bình đã bị quân Pháp đánh chiếm.

Trong khi Garnier đánh chiếm thành Nam Định thì ở Sơn Tây Quân Cờ Đen do Lưu Vĩnh Phúc chỉ huy hoạt động mạnh và đánh chiếm lại đồn phòng thủ của quân Pháp ở Phủ Hoài và nhiều tiền đồn ở sát Hà Nội chỉ vài cây số. Garnier phải cử tàu Scorpion chở 15 lính tăng viện cho Bain de la Coquerie và ngay sau đó tàu này phải ra cửa Cấm chờ tàu Decrès chở quân tăng viện từ Sài Gòn gởi ra.

Ngày 18 tháng 12 năm 1873, sau khi cử y sĩ Harmand giữ chức quản trị quân sự cùng với 25 lính thủy giữ thành Nam Định, Garnier quay trở về Hà Nội để dự trù một cuộc hành quân phản công ở Phủ Hoài vào ngày 21 tháng 12 năm 1873. Tuy nhiên, vào buổi chiều ngày 19 tháng 12 năm 1873, Garnier phải đón tiếp đoàn thương nghị của triều đình Huế do Trần Đình Túc, Trương Gia Hội cầm đầu cùng với 2 giáo sĩ Gia Tô. Garnier liền niêm yết cáo thị tạm ngừng chiến để thương nghị tìm giải pháp hòa bình.

Tới ngày 21 tháng 12, Garnier đang ngồi nghị bàn với phái đoàn của triều đình Huế thì được khẩn báo là quân binh triều đình cùng với quân Cờ đen ở Sơn Tây phối hợp đang tiến đến công thành Hà Nội. Garnier dẫn một toán quân ra chặn đánh, nhưng bị giết chết tại Cầu Giấy