遭此大挫後，慈禧也坐不住了，她在譴責法國“專行詭計，反複無常，先啟兵端”後，決定對法正式宣戰，發動反擊。鑒於敵我的實力對比，清廷製訂了“海上防守、陸路進攻”的戰略計劃，其中重點在越南北部向法軍發起反擊。
但是，盡管清軍在人數上占據優勢，但由於和法軍在武器、訓練等方麵存在很大差距，加上指揮失當，清軍在1885年1月底便一路潰退，甚至還主動棄守戰略要地諒山，直接退回了中國境內。隨後，法軍攻破越南通往中國西南地區的門戶鎮南關（今友誼關），戰火等於燒到了中國境內。當地商民聽說鎮南關失守後，紛紛舉家遷徙，戰敗的清軍遊勇也大都潰散，逃軍和難民成群結隊，蔽江而下，廣西全省大震，人心惶惶。
在此危急形勢下，新任兩廣總督張之洞上奏朝廷，舉薦當時已經解甲歸田的老將馮子材出山。在馮子材的指揮下，清軍在1885年3月24日取得鎮南關大捷，隨後又在3月29日收複諒山並重傷了法軍指揮官尼格裏。在鎮南關大捷的同時，西線戰場上的黑旗軍在與清軍的相互配合下取得臨洮大捷，法軍全麵潰敗。
當法軍在鎮南關和諒山慘敗的消息傳到巴黎後，好戰的茹費理內閣在一片責罵聲中轟然倒台。在這大好形勢下，正當清軍準備進攻北寧、河內，將法國侵略軍徹底趕出越南北部地區時，慈禧太後卻突然乘勝即收，停戰撤兵，令前線將士一片愕然。
按理說，鎮南關大捷本來使中國在軍事和外交上都處於一個相對有利的地位，但慈禧太後卻擔心法國會“因憤添兵”，不斷擴大戰爭，而這時主管談判事務的李鴻章也認為“藉諒山一勝之威與締和約，則法人必不再妄求”，以勝求和，免得兵連禍結。
武人好戰，情有可原，但作為大清帝國的總當家，慈禧太後考慮的可能要多一點兒。就當時情況而言，雖然清軍在鎮南關、諒山等地大敗法軍，但法國艦隊當時仍占領澎湖，對台灣地區形成了封鎖狀態。換言之，在陸海兩個戰場上，雙方互有勝負，總體形成一種均勢。
慈禧最擔心的是，法國艦隊萬一像第二次鴉片戰爭一樣北上攻擊京畿，這就更加麻煩了。畢竟，中國的海軍在海戰方麵和法國艦隊根本不是一個級別。而且，戰爭耗費巨大，整個戰爭總共耗資一億多兩白銀，清廷還為此借債兩千萬兩，其中相當部分是以海關稅收為擔保、向外國銀行所借的債款。財力上難以支撐，也是慈禧太後決定停戰求和的重要原因。
另外，俄國和日本當時也在虎視眈眈地看著戰爭的進程。拿俄國來說，早兩年因強占伊犁的陰謀未能得逞，目前正企圖利用中法戰爭渾水摸魚；而中法戰爭期間，日本策動朝鮮的親日派開化黨發動“甲申政變”遭到失敗後，也不斷鼓吹武力侵朝。慈禧太後當時最擔心的是，萬一法國和日俄勾結，南北呼應，到時清廷根本無法同時應對兩場戰爭。
此外，當時台灣仍受到法國艦隊的嚴密封鎖，形勢險惡。而越南當局在中法戰爭中一味地妥協投降，甚至在法國人的脅迫下公開斷絕了同清廷的宗藩關係。越南的離心離德，也讓清廷心灰意冷，失去了繼續援越抗法的信心和理由。
正是出於多種考慮，慈禧在權衡利弊後，決定舍越南而保台灣，承認越南淪為法國保護的現狀。恰在此時，法國茹費理內閣垮台，新的法國政府對持續的戰爭也感到不堪重負。正因為雙方都不想再打下去，兩國間已進行了多日的秘密談判便開始互相妥協，彼此都表現出和平解決的意願。
1885年6月9日，中法雙方在天津簽訂《中法會訂越南條約》（通常稱《中法新約》），和約共十款內容，其中清廷承認了法國對越南的保護權，法國也由此打開了通往中國西南的商業之路（通商未必就一定意味著不平等）。
最後要說的是，現在很多人批評慈禧太後當時乘勝求和導致“不敗而敗”，這種說法是頗值得商榷的。當時的大清帝國，在西方列強麵前遠談不上是什麼大國，在自己國力並不強大且萬事待興的情況下，去保衛一個沒有太多利益且已經單方麵宣布中斷傳統關係的藩屬國，未必是一個明智的選擇。就這點而言，倒也不便過分苛責慈禧太後。