Đại tá Francis Garnier trên con tem năm 1943 của Liên bang Đông Dương
Ngay khi mới kiểm soát được Nam Kỳ, Trung tá Ernest Doudart de Lagrée cùng Đại úy Francis Garnier đã tiến hành thám hiểm ngược sông Mekong lên Vân Nam thuộc lãnh thổ của nhà Thanh và họ rút ra kết luận rằng không thể dùng con sông này để vận chuyển hàng hóa sang Trung Hoa được.
Thương gia người Pháp Jean Dupuis (Đồ Phổ Nghĩa) trong trang phục kiểu Trung Hoa
Năm 1868, Đại úy Garnier gặp 1 thương nhân Pháp là Jean Dupuis tại Hán Khẩu. Dupuis được Garnier cho biết rằng theo sông Hồng ở Bắc Kỳ có thể tới được Vân Nam khá thuận lợi nên đã tổ chức 1 đoàn thuyền và tự tiện lên Hà Nội, thuê thuyền nhỏ dỡ hàng hóa để thông thương sang Vân Nam (năm 1872). Khi trở về, bởi có lệnh cấm từ trước nên Jean Dupuis bị các quan địa phương ngăn cản, Dupuis cho rằng có lệnh của các quan Trung Hoa là đủ. Nguyễn Tri Phương ra Bắc yết thị cấm không cho người Việt và Hoa kiều giao thiệp với người tây, không cho chở hàng đi Vân Nam và đòi Jean Dupuis phải rời khỏi Bắc Kỳ. Triều đình yêu cầu phía Pháp bắt Dupuis vì theo Hiệp ước Nhâm Tuất năm 1862 thì Hà Nội không phải nơi thông thương nhưng Dupuis kiên quyết ở lại. Triều đình phải cử quan Khâm sai Lê Tuấn cùng Nguyễn Văn Tường và Nguyễn Tăng Doãn tới Sài Gòn thương nghị. Đô đốc Marie Jules Dupré yêu cầu Francis Garnier (lúc này đã lên chức Đại tá) ra Bắc để giải quyết vụ Dupuis. Garnier khi gặp Nguyễn Tri Phương có đề nghị ký 1 bản thương ước mở sông Hồng cho việc thông thương nhưng Nguyễn Tri Phương từ chối do chưa rõ ý kiến của triều đình Huế.
Chiến hạm Pháp đánh chiếm thành Hà Nội năm 1873
Đại tá Garnier sau đó gửi cho các quan chức Việt Nam 1 bản tối hậu thư trong đó ông yêu cầu quân nhà Nguyễn phải giải giáp và cho Jean Dupuis tự do đi lại. Khi không nhận được thư trả lời đúng hẹn, ngày 20 tháng 11 năm 1873, quân Pháp bắt đầu tấn công. Nguyễn Tri Phương chỉ huy quân lính phòng thủ nhưng chẳng bao lâu thì thành Hà Nội thất thủ, ông bị thương nặng. Bị quân Pháp bắt, Nguyễn Tri Phương nhịn ăn và qua đời sau đó. Con trai ông là Nguyễn Lâm cũng tử trận. Sau khi Hà Nội thất thủ, quân Pháp chia nhau đi lấy các thành Nam Định, Phủ Lý, Hải Dương và Ninh Bình. Không lâu sau, Đại tá Garnier bị quân Cờ Đen của Lưu Vĩnh Phúc phục kích ở Cầu Giấy và bị giết ngay tại chỗ.
Triều đình khi nhận được tin lập tức cho 2 Lê Tuấn và Nguyễn Văn Tường đi thương nghị với Đô đốc Marie Jules Dupré. Đô đốc Pháp không được chính phủ ủng hộ trong vụ Bắc Kỳ nên bằng lòng trả các thành lại cho các quan địa phương và ký Hòa ước mới. Sau vụ đụng độ ở Bắc Kỳ, quyền tự quyết về Ngoại giao của Việt Nam bị buộc phải giao cho người Pháp.
Các năm 1876 và 1880, để đối phó với quân Pháp, sứ bộ Việt Nam do Phạm Thận Duật đi đầu đã sang Trung Hoa cần viện sự giúp đỡ từ nhà Thanh. Triều đình cũng chiêu nạp quân Cờ Đen của Lưu Vĩnh Phúc, phong ông này làm Đề đốc cùng các quan chống cự quân Pháp khiến họ lo ngại.
Tranh vẽ những chiến sĩ của quân Cờ Đen năm 1883
Trong khi đó, tình trạng mất an ninh ở Bắc Kỳ bởi các lượng lượng người Hoa, nhất là quân Cờ Đen khiến chính phủ Pháp phải lựa chọn hoặc là đặt sự bảo hộ hoàn toàn ở Bắc Kỳ hoặc là phải rút lui. Lựa chọn thứ 2 có thể làm nước Pháp tổn thất danh dự nặng nề nên ngay từ năm 1879, Thượng tướng Bernard Jauréguiberry đã yêu cầu gởi thêm 6.000 người sang Bắc Kỳ áp đặt nền bảo hộ nhưng chính phủ Pháp đã từ chối. Thống đốc Nam Kỳ Le Myre de Vilers trong năm 1882 đã yêu cầu Đại tá Henry Rivière ra Bắc với 233 binh sĩ để bảo vệ các thương gia Pháp trước quân cướp tống tiền người Hoa.[106] Khi tới Hà Nội ngày 3 tháng 4/1882, Henry Rivière đã có ý chiếm thành. Le Myre de Vilers đã tỏ ý phản đối việc làm của Rivière nhưng lại có trách nhiệm phải che chở Henry Rivière.[107]
Cuối năm 1882, quân Thanh do các tướng Tạ Kính Bưu và Đường Cảnh Tùng vượt biên giới sang đóng ở Bắc Ninh và Sơn Tây. Triều Nguyễn khi đó đã yêu cầu nhà Thanh can thiệp trong khi Đại sứ Pháp ở Bắc Kinh thương thảo với Tổng đốc Trực Lệ Lý Hồng Chương về 1 sự phân chia Bắc Kỳ dọc theo sông Hồng giữa 2 nước. Đại tá Rivière sau đó đã cho quân đi đánh chiếm nhiều nơi như Hòn Gai và Nam Định nhưng sau đó các quan viên triều Nguyễn như Trương Quang Đản, Bùi Ân Niên, Hoàng Kế Viêm đe doạ kéo quân bao vây người Pháp ở Hà Nội. Trong khi xuất quân phá vây, Rivière bị quân Cờ Đen của Lưu Vĩnh Phúc hạ sát sáng ngày 19-5-1883.
4 ngày trước cái chết của Rivière, Quốc hội Pháp thông qua 1 khoản ngân sách 5.500.000 franc cho phép gởi thêm quân lực tới xứ Bắc Kỳ.
Hiểu rằng vấn đề Bắc Kỳ chỉ có thể giải quyết ở Huế, bộ chỉ huy Pháp muốn lợi dụngnhững biến loạn xảy ra khi vua Tự Đức băng hà ngày 17-7-1883, tướng Courbet đem hạm đội đi đánh cửa Thuận An buộc triều đình phải xin hưu chiến và chấp nhận ký kết Hiệp ước Harmand. Dù vậy, phái chủ chiến của Tôn Thất Thuyết và Nguyễn Văn Tường chỉ coi đây là 1 kế hoãn binh mà thôi.[108] Thuyết và Tường đã cổ vũ thành lập những đội nghĩa quân chống Pháp, đắp đồn xung quanh kinh thành và cho xây dựng căn cứ Tân Sở. Trong khi hàng vạn nhân công đang xây dựng căn cứ trong miền rừng núi Quảng Trị thì vua Hiệp Hoà chủ trương hoà giải bị cho là nhu nhược và bị ép phải tự tử. Tôn Thất Thuyết và Nguyễn Văn Tường lập Kiến Phúc kế vị.
Các chiến hạm nhà Thanh Yangwu và Fuxing bị tấn công bởi các Khinh tốc đỉnh số hiệu No. 46 và No. 45 của Pháp tại cảng Phúc Châu ngày 23 tháng 8/1884 trong chiến tranh Pháp-Thanh. Tranh vẽ của Charles Euphrasie Kuwasseg năm 1885
Trong năm 1884 quân Pháp được tiếp viện dồi dào đã chiếm được nhiều tỉnh giàu có của Bắc Kỳ. Tháng 5/1884, Hiệp ước Thiên Tân được ký giữa Lý Hồng Chương và đại diện Pháp Fournier cam kết quân Thanh phải rút hết về nước và tôn trọng các hiệp ước đã ký giữa triều Nguyễn và người Pháp. Triều Nguyễn cũng phải chấp nhận sửa đổi 1 số điều kiện trong Hiệp ước Harmand và ký với Jules Patenôtre, lãnh sự Pháp tại Bắc Kinh Hiệp ước Patenôtre ngày 6-6-1884. Với Hiệp ước Patenôtre thì việc thiết lập nền bảo hộ của Pháp trên nước Việt Nam không còn bị ngăn cản nữa.[109]
[sửa] Chiến tranh Pháp-Thanh
Bài chi tiết: Chiến tranh Pháp-Thanh
Hai tuần sau khi Hiệp ước Patenôtre được ký kết, 1 đội quân Pháp chạm trán với quân Thanh tại làng Bắc Lệ, gần Lạng Sơn. Chính phủ Pháp coi đây như 1 cuộc tấn công có chủ ý và muốn nhân cơ hội này loại bỏ chướng ngại Trung Hoa. Đô đốc Anatole-Amédée-Prosper Courbet đánh phá Phúc Châu và chiếm cứ quần đảo Pescadores nhưng sau đó họ phải rút lui ở Lạng Sơn và Thủ tướng Pháp Jules Ferry bị lật đổ. Hiệp ước sau đó tái xác nhận Hiệp ước Thiên Tân và Trung Hoa không còn lý do để can thiệp tại Việt Nam nữa.