Ngày 26 tháng 3 năm 1882, Henri Rivière trên hai thuyền chiến, rời Sài Gòn ra bắc cùng 230 lính, để tăng cường cho đồn binh đóng ở trên sông Hồng. Nhiệm vụ của ông theo mệnh lệnh là giải quyết tranh chấp giữa các thương gia Pháp và chính quyền sở tại, và trừng trị những đám quân thổ phỉ như quân Cờ đen. Tuy nhiên, chủ đích của Rivière lại là chinh phục miền Bắc Kỳ, chứ không phải giải quyết tranh chấp giữa người Pháp và Việt.

Ngày 24 tháng 4, sau khi nhận được 250 quân Pháp từ miền Nam đến tiếp viện, Rivière gửi tối hậu thư cho Tổng đốc Hoàng Diệu, đòi giao nộp thành ngay lập tức. Khi Hoàng Diệu còn chưa kịp trả lời, thì pháo thuyền của quân Pháp đã nổ súng bắn vào thành[3].

Được pháo bắn yểm trợ, quân Pháp ồ ạt tràn lên đánh thành. Tổng đốc Hoàng Diệu chỉ huy quân Nam, hạ lệnh liều chết cố thủ, nhưng không có tác dụng. Chỉ sau hai tiếng giao tranh, thành Hà Nội lại một lần nữa rơi vào tay quân Pháp, Tổng đốc Hoàng Diệu thắt cổ tự tử. Quân Pháp thiệt hại không đáng kể, chỉ có bốn người bị thương.

Để đối phó lại sự gây hấn của quân Pháp, Phò mã Hoàng Kế Viêm cho gọi Lưu Vĩnh Phúc từ Quảng Tây về đại bản doanh Sơn Tây bàn kế hoạch chống trả. Tuy nhiên tại cuộc hội kiến Lưu Vĩnh Phúc phàn nàn về thái độ đãi ngộ với ông ta cũng như đưa ra những yêu sách về cung cấp lương thảo và tiền bạc cho quân của mình rồi từ chối phối hợp tác chiến.

Tới tháng 2 năm 1883, nhận được 750 quân tăng viện từ Nam kỳ, Rivière cho tiến quân chiếm cảng Hồng Gai và khu mỏ than có giá trị chiến lược. Trong thời gian đó, Hoàng Kế Viêm cũng không án binh bất động, ông cho tăng cường phòng thủ thành Nam Định, vốn nằm trên tuyến đường thông thương sông Hồng, để ngăn trở người Pháp, đồng thời tuyển mộ thêm 500 lính đánh thuê Trung Quốc để lấp vào chỗ trống của quân Lưu Vĩnh Phúc. Tới ngày 28 tháng 2 (âm lịch, tức 27 tháng 3), Rivière cùng 800 quân, có 8 pháo thuyền và một số tàu bè khác, cũng như một phân đội lính mộ Nam kỳ hỗ trợ, nổ súng đánh thành Nam Định. Quân Nam dù bị hỏa lực Pháp áp đảo, vẫn ngoan cường cố thủ vị trí của mình. Tuy nhiên đến trưa thì quân Pháp hạ được thành, quan tổng đốc Vũ Trọng Bình bỏ chạy, quan đề đốc Lê Văn Điếm tử trận, quan án sát sứ Hồ Bá Ôn bị thương. Phía quân Pháp chỉ có ba người bị thương, một người trong đó bị chết, nhưng cũng đủ làm Rivière nổi giận, hạ lệnh treo cổ tất cả 50 lính đánh thuê Trung Quốc rơi vào tay ông ta.

Mất Nam Định, tình thế quân Hoàng Kế Viêm trở nên tuyệt vọng, thế nhưng tới tháng 4, sứ giả từ Bắc Kinh đã thuyết phục Lưu Vĩnh Phúc quay trở lại đánh quân Pháp. Đồng thời, triều đình nhà Thanh cũng sai sai Tạ Kính Bưu, Đường Cảnh Tùng đem quân sang đóng ở Bắc Ninh và ở Sơn Tây, có quan bố chính Quảng Tây là Từ Diên Húc đem quân sang tiếp ứng. Quân Nam chuyển từ thế thủ sang thế công: quân Cờ đen tiến về đóng đại bản doanh ở phủ Hoài Đức, đồng thời Tổng đốc Bắc Ninh là Trương Quang Đản cùng với quan phó kinh lược Bùi Ân Niên đem binh về đóng ở Giốc Gạch, thuộc huyện Gia Lâm chuẩn bị sang đánh Hà Nội. Để khiêu khích quân Pháp, Quân Cờ đen đốt phá các khu giáo dân, lợi dụng đêm tối dùng pháo đặt trên lưng voi bắn vào Hà Nội, rồi tới ngày 10 tháng 5, gửi chiến thư thách Rivière ra đánh.

Rivière trong khi đó ở Hà Nội đang tích cực chuẩn bị để đánh thành Sơn Tây, thấy quân Nam chuẩn bị tiến công, liền truyền lệnh tiến quân lên đánh phủ Hoài Đức. Ngày 19 tháng 5, khi Rivière dẫn 500 quân ra đến Cầu Giấy thì quân Cờ đen ùn ùn đổ ra từ khắp các làng xung quanh để cắt đứt hậu quân Pháp. Bị vây đánh, quân Pháp co cụm lại, nên càng dễ dàng trở thành bia cho quân Cờ đen bắn. Một khẩu pháo dã chiến của Pháp bị rơi vào tay quân Cờ đen sau khi số pháo thủ bị giết chết. Rivière dẫn một toán quân xông ra để chiếm lại khẩu pháo, rồi trong lúc hỗn loạn bị trúng vài viên đạn ngã xuống. Quân Pháp bị mất chỉ huy, trở nên hoảng loạn, rút chạy về Hà Nội. Ngoài Rivière, quân Pháp còn có 50 người bị giết và 76 người bị thương, trong đó chỉ huy phó của Rivière, đại úy Berthe de Villers bị thương nặng.

Quân Cờ đen cắt đầu Rivière và những lính Pháp bị giết, bêu trên cọc đem khoe ở các làng xung quanh. Xác Rivière bị chôn ở dưới đường, để người qua lại dẫm lên để tỏ lòng khinh bỉ. Đến tháng 9 năm đó Giám mục Pugnier mới thu thập lại được hài cốt Rivière để đưa về Pháp chôn cất.

Được tin đại tá Henri Rivière chết, Thống đốc Thomson ở Sài Gòn liền điện về cho chính phủ Pháp biết. Lúc bấy giờ ở Paris, Hạ nghị viện còn đang do dự về việc đánh lấy Bắc Kỳ. Khi tiếp được điện báo ở Sài Gòn về, nghị viện liền thuận cho chính phủ trích ra 5 triệu rưởi franc để chi tiêu về việc binh phí. Thiếu tướng lục quân Bouet ở Nam Kỳ được phái ra làm ra thống đốc quân vụ ở Bắc Kỳ, Hải quân thiếu tướng Courbet được lệnh đem một đội chiến thuyền sang tiếp ứng, ông Harmand là sứ thần Pháp ở Xiêm được cử ra làm toàn quyền. Ngày mồng 3 tháng 5, thiếu tướng Bouet đem 200 lính tây, 300 lính tập ra đến Hải Phòng và ngay lập tức chuẩn bị phòng ngự ở Hà Nội và Nam Định, đồng thời cho Georges Vlavianos (tên phiên âm: ông Kiều) là người theo Dupuis ngày trước, được phép mộ lính Cờ vàng làm tiền quân. Chiến tranh Pháp-Thanh mở màn.