Bản đồ Đà Nẵng xưa tìm được trong nhà một ông quan võ người Việt vào ngày 15 tháng 9 năm 1859.Bản đồ trên đã được Việt hóa.

Xuất phát từ đảo Hải Nam (Trung Quốc), Phó Đô đốc Hải quân Charles Rigault de Genouilly (gọi tắt là De Genouilly) được lệnh[4] phối hợp với đạo quân Tây Ban Nha do Đại tá Lanzarotte chỉ huy, đưa tàu chiến xuống phía Nam. Chiều tối ngày 31 tháng 8 năm 1858, toàn bộ lực lượng trên đã có mặt trước cửa biển Đà Nẵng.

Một đoạn thành tại Thành cổ Điện Hải

Sáng ngày 1 tháng 9 năm 1858, De Genouilly gửi tối hậu thư buộc quan Trấn thủ Đà Nẵng trong hai giờ phải giao nộp tỉnh thành. Nhưng không đợi trả lời, đại bác của liên quân đã tập trung hỏa lực bắn tới tấp hàng trăm quả vào cửa sông Đà Nẵng và các đồn ở bán đảo Sơn Trà.

Theo kế hoạch, liên quân gồm hai bộ phận:

• Bộ phận thứ nhất gồm ba tàu chiến, tập trung hỏa lực bắn vào các đồn ở Sơn Trà.
• Bộ phận thứ hai, dưới làn đạn yểm trợ của bộ phận thứ nhất, sẽ nhanh chóng tiến gần vào cửa sông Đà Nẵng để bắn vào đồn Đông và đồn Tây đang án ngữ.

Ngay hôm đó (1 tháng 9), đồn Đông bị vỡ. Sáng hôm sau (2 tháng 9) liên quân tiếp tục nã đại bác chiếm lấy đồn Tây, rồi đổ bộ lên bán đảo Sơn Trà, chiếm đồn An Hải và đồn Điện Hải chỉ nội một ngày. Trước vũ khí mạnh hơn, quân Việt vừa đánh vừa lui dần ra sau, lập phòng tuyến Liêu Trì trước huyện Hòa Vang để ngăn liên quân vào nội địa.

Nhận được tin liên quân đánh Đà Nẵng, vua Tự Đức liền sai Chưởng vệ Đào Trí vào Đà Nẵng để hiệp cùng Tổng đốc Nam Ngãi Trần Hoằng chống ngăn, nhưng khi Đào Trí đến nơi thì hai đồn trên đã mất. Nhà vua lại sai Hữu quân đô thống Lê Đình Lý và Tham tri bộ Hộ Phạm Khắc Thận đem 2.000 quân vào ứng cứu, cử Tham tri nội các Nguyễn Duy giữ chức chỉ huy quân thứ ở Quảng Nam, và ra lệnh cách chức Trần Hoằng vì lỗi đã án binh bất động,[5] đưa Đào Trí lên thay...

Đánh chiếm được Sơn Trà, liên quân Pháp – Tây Ban Nha tiến vào nội địa, đánh tan phòng tuyến bằng ụ đất, rào tre của quân Việt ở xã Mỹ Thị, rồi tràn sang chiếm xã Cẩm Lệ. Tướng Lê Đình Lý bị trọng thương rồi mất trong trận chiến này. Xét công tội, tướng Hồ Đức Tư, trấn giữ đồn Hóa Khuê, bị vua Tự Đức sai bắt giam và bị cách chức vì lỗi không tiếp ứng và án binh bất động.

Hữu quân Lê Đình Lý mất, nhà vua cử Thống chế Chu Phúc Minh làm Tổng đốc quân vụ thay Lê Đình Lý. Rồi điều tướng Nguyễn Tri Phương, khi ấy đang làm Kinh lược sứ Nam Kỳ, về làm Tổng thống quân vụ Quảng Nam; cử thêm Phạm Thế Hiển làm Tham tán để cùng gấp rút chấn chỉnh quân chánh và thống nhất phương thức chống ngoại xâm.

Súng thần công tại Thành cổ Điện Hải

Trước tình thế đó, Nguyễn Tri Phương không chủ trương đánh chính diện để tránh sức mạnh hỏa lực của đối phương mà cho phục kích, thực hiện "vườn không, nhà trống" (để cô lập và triệt đường tiếp tế) và cho đắp lũy dài từ Hải Châu vào tới Phúc Ninh, Thanh Giản để bao vây liên quân ngoài mé biển.

Suốt 5 tháng bị cầm chân, cái đói, cái bệnh, cái nóng bức... đã khiến liên quân mệt mỏi và hao mòn. Mặc dù được giáo sĩ Pellerin khuyên nên đem quân ra chiếm Bắc Kỳ, vì ở đó có giáo sĩ và giáo dân Thiên Chúa giáo, và những người còn tôn phù Nhà Lê nổi lên góp sức, nhưng sau khi cân nhắc, tướng De Genouilly không tán thành.

Ngày 2 tháng 2 năm 1859, chỉ để lại một phần ba số quân (khoảng 1.000 người) và 6 tàu chiến, bàn giao cho Đại tá Faucon nắm giữ, còn bao nhiêu De Genouilly cho rút hết vào Nam, mở mặt trận mới ở Gia Định (Xem: Trận thành Gia Định, 1859).

Mô tả lại tình cảnh khó nhọc của liên quân lúc bấy giờ, giáo sư Trần Văn Giàu viết:

Sau năm tháng giao tranh, liên quân Pháp – Tây Ban Nha chỉ chiếm được một ngọn núi không người và vài làng ven biển không người. Họ không dám tiến sâu... Họ mong chờ một cuộc nổi loạn của nhân dân Nam – Ngãi theo lời hứa hẹn của các giáo sĩ Pháp, mà không thấy. Trong lúc tiến thoái lưỡng nan ấy, thì liên quân bị đau ốm và chết chóc khá nhiều, căn bản không phải vì súng đạn, mà chính vì phong thổ khí hậu. Thức ăn lại rất khó tìm, thuốc men không đủ dùng, thỉnh thoảng bị quân Việt đến tập kích, bắn tỉa...[6]