在越南北圻的清軍，分為東、西兩條戰線。東線主帥為新任廣西巡撫許延旭，駐諒山，所屬50余營，兩萬余人，分駐北寧、太原、高平、諒山等地。左路統領提督黃桂蘭，率部13營，防守北寧；右路統領道員趙沃，率部12營，先駐太原，後移防北寧。西線主帥為雲貴總督岑毓英，戰爭開始後率20營出關入越，進駐館司。新任雲南巡撫唐炯奉命出關統領入越滇軍，遲遲不進，駐守邊境上的新安所。黑旗軍統領劉永福和吏部主事唐景崧，率黑旗軍12營、桂軍兩營、滇軍3營，守山西。清軍在數量上占優勢，在地勢上也處於有利地位。但多數士兵系臨時招募，缺乏訓練，部隊員額不壹；武器裝備落後於法軍，火炮數量少，新式的後膛裝線膛開花炮更少；步兵僅部分使用較先進的步槍，且子彈缺乏；部分官兵士氣不高，糧餉供應不足，部隊紀律甚差，戰鬥力不強。其中唯劉永福善於用兵，唐景崧盡職盡心，他們率領的軍隊，將士用命，兵勇效力，屢創法軍，士氣高漲，是抗法戰爭中的壹支生力軍。
山西，位於河內以西近百裏，城垣緊靠紅江南岸，分內外兩城，內城磚石所壘，外城堆土而築，城圍約20裏，距河岸約5裏。該城系滇軍之前哨，北寧之犄角，紅江中上遊之戰略要地，控清軍東西線之主要通道。
法軍為占領北圻，把第壹個攻擊目標選在山西。當時，山西由劉永福、唐景崧率黑旗軍等部5000余人扼守，黃佐炎率越軍2000余人配合作戰。12月11日，法國侵略軍頭目孤拔率兵6000人，分水、陸兩路，從河內出發，進攻山西。水路有艦艇12艘，民船40余艘，載陸軍3200余人，溯江西上，陸路有陸軍2600余人，沿紅江南岸，直撲山西。14日約9時，法軍在城東北登岸，用艦炮摧毀了清軍沿岸炮臺，登陸步兵迅速展開，向黑旗軍陣地接近。黑旗軍依托河堤陣地，奮起還擊，使法軍遭受嚴重損失。下午，劉永福調來東門的黑旗軍主力，迂回到法軍的左側，插入法軍艦隊與步兵之間，使其兩面受擊，孤拔見勢危急，令法軍轉入防禦，集中所有炮兵，向迂回的黑旗軍轟擊，黑旗軍傷亡較大，被迫撤退。下午4時，法軍向堅守河堤的黑旗軍發起攻擊。黑旗軍頑強扼守，以排槍射向敵人，在短短的1個多小時裏，斃、傷法軍200余人。15日深夜1時，唐景崧組織桂軍和滇軍實施反擊，企圖奪回城北河堤陣地，激戰4小時，三進三退，未獲成功，便將城北守軍撤至外城，依托土圍，分段堅守。16日午後，法軍向城西運動，從城北、城西同時攻城，企圖奪取城西滇軍的據點。劉永福判明情況，率黑旗軍主力增援西門。16日拂曉，法軍多次攻擊北門和西門均未得逞，北門守軍傷亡較大，彈藥告竭。法軍進攻西門的炮火最猛，西門墻崩樓毀，滇軍無堅守之陣地，形勢危急。劉永福、唐景崧率部竭力堅守至夜，退出山西，轉至興化。17日，法軍攻占山西城，大規模屠殺居民，慘不忍睹。山西首戰失利，使清軍失去了威脅河內的前哨陣地，丟掉了控制紅江的的戰略要點，北寧陷於孤立，滇、桂兩軍聯系中斷，為東、西兩線清軍協同作戰增加了困難。
法軍攻占山西，由於傷亡較大，兵力不足，不敢輕率進攻北寧。1884年2月，法軍1個步兵旅、兩個炮兵隊和1個工兵隊到達越南，使法國總兵力增加到1.7萬余人，陸軍少將米樂接替孤拔為法國遠征軍總司令，孤拔返回海軍艦隊。米樂的總司令部駐河內，加緊了進攻北寧的準備。
北寧是清軍在北圻據守的戰略要地。南可拒河內，北可屏蔽諒山，西接山西，東近海陽，為北圻之樞紐，系中、法兩軍必爭之地。山西失陷後，北寧清軍受到來自海陽、河內、山西三個方向法軍的嚴重威脅，清廷十分驚恐，急令前敵主帥、廣西巡撫徐延旭添募營勇，增補軍械糧餉，出關督率防軍嚴密扼守，以固邊疆門戶；令兩廣總督張樹聲選得力將領，統帶勁旅，馳赴鎮南關(令友誼關)，以實後路，命雲貴總督岑毓英，迅速率兵出關，拒守興化、宣光、臨洮。左宗棠令前福建布政使王行榜招募定邊軍8營，出關入越。清軍力圖固守北寧，阻止法軍繼續向滇、桂邊界發展，並相機收復山西和河內。
北寧守軍由左路統領廣西提督黃桂蘭、右路統領廣西道員趙沃***同指揮。經過1年多的準備，工事不斷加強，兵力逐步增加，到戰役開始前，總兵力已達58營，2.4萬余人。總指揮部設在北寧城中。1884年3月7日，法軍對北寧發起了進攻。8日上午9時許，法軍攻占扶郎，清軍外圍防線被突破，北寧側後受到嚴重威脅。12日，法軍水陸並進，兵分3路向北寧進攻，清軍不支，棄城而逃，退守太原、諒江壹帶，當日晚法軍進入北寧城。13日繼續追擊清軍，連奪太原、諒江、郎甲等地。北寧戰役歷時5天，清軍傷亡1000余人。
北寧戰役是中法戰爭初期階段的主力決戰，清軍的失敗，使法軍實現了控制紅江三角洲的戰略目標。消息傳到國內，朝野大嘩，清廷為之震怒。慈禧太後改組了以恭親王奕欣為首的軍機處，撤換了軍機大臣，委任禮親王世鐸和醇親王奕環管理軍機處，慶郡王奕劻主持總理各國事務衙門，重新任命了西南前線的重要官員。令湖南巡撫潘鼎新為廣西巡撫，統領桂軍；前福建布政使王德榜署理廣西提督(未授任)；起用原廣西提督老將馮子材，速赴關外統軍作戰。
法軍在山西、北寧之戰後，1884年4月6日，法軍艦長、海軍中校福錄諾在香港交給前天津海關稅務司德璀琳(德國人)壹封信，要他轉交李鴻章，其主要內容是：1、要求中國同法國訂立條約，規定法國與中國西南各省的通商章程和稅關規則；2、中國應承認法國對越南的保護權；3、中國應立即將駐法公使曾紀澤調離巴黎；4、法國準備向中國索償軍費，且謀占地為抵押，如中國及早與法商議，法國尚可對此相讓。清朝廷本無抗法之堅定決心，北圻戰場的失敗，更加動搖了抗法保邊的信心，遂在4月30日的諭旨中說：“出師護越，越不知感，法又為難，兵連禍結，亦非萬全之策。”於是，任命力主妥協的李鳳苞代替曾紀澤為駐法公使，令李鴻章為全權代表與福錄諾在天津談判，5月11日簽訂了《中法簡明條約》。其主要內容是：1、中國南界毗連北圻，法國約明無論遇何機會或有他入侵犯情事，均應保全助護。2、中國南界既經法國予以實在憑據，不虞有侵占滋擾之事，中國約明將所駐北圻各防營即行調回邊界，法越所有已定與未定各條，均置不理。3、法國既感中國和商之決，並敬李大臣力顧大局之誠，情願不向中國索償賠費，中國亦宜許以毗連越南北圻之邊界所有法、越與內地貨物聽憑運銷，並約明日後遣其使臣議定詳細商約稅則務須格外和衷，其於法國商務極為有益。4、法國約明，與越南議改條約之內，決不插入傷礙中國威望體面字樣，並將以前與越南所立各條約關涉東京者盡行銷廢。5、此約既經彼此簽押，兩國即派全權大臣，限3月後，悉照以上所定各節，會議詳細條款。
《中法簡明條約》的簽訂，標誌著中法戰爭第壹階段的結束，宣告了清政府承認法國對越南的占領。清政府的這種忍辱求和的軟弱態度，助長了法國侵略者的氣陷，導致了更加嚴重的後果。（參見《國防歷史》（中），王中興、劉立勤編著，軍事科學出版社.