清军的主动出击，使骄横的法军恼羞成怒。法军东京军区副司令尼格里上校决定不等援军到齐即发起进攻。3月23日晨，法军1000余人趁大雾偷偷进入镇南关内，另以千余人屯关外东南高地为后继。上午10时许，入关法军在炮火掩护，分两路进犯关前隘，攻占了东岭三座堡垒，并猛攻长墙。冯子材一面命各部迎战，一面商请驻于幕府的苏元春部前来接应，并通知王德榜部从侧后截击敌人。在丢失三座堡垒的危急关头，冯子材大声疾呼：“法再入关，有何面目见粤民？何以生为？”守卫清军在冯子材的爱国热情鼓舞下，英勇抗击，誓与长墙共存亡，阻止了敌人的前进。下午4时许，苏元春率部赶到东岭参战，王德榜部也自油隘袭击法军，并一度切断了敌人运送军火、粮食的交通线，牵制了法军预备队的增援，有力地配合了东岭的战斗。入夜，清军进一步调整部署，由苏元春部协助冯子材守长墙，王孝祺部夺西岭，陈嘉部守东岭。冯子材还另调驻扣波的5营冯军前来抄袭法军左翼。

3月24日晨，尼格里指挥法军分三路再次发起攻击，沿东岭、西岭、中路谷地猛扑关前隘。冯子材传令各部统领，无论何军何将，都不准后退，违者皆斩。当敌人逼近长墙时，冯子材持矛大呼，率领两个儿子跃出长墙，冲入敌阵，全军为之感奋，一齐涌出，与敌白刃格斗，战斗异常惨烈。战至中午，中路法军败退。与此同时，陈嘉部、蒋宗汉部在东岭与法军展开了激烈争夺战，傍晚时分，王德榜在击溃敌之增援部队及消灭其运输队后，从关外夹击法军右侧后，配合东岭守军夺回被占堡垒。这时，王孝祺也已击退沿西岭进攻之敌，并由西岭包抄敌后。法军三面被围，伤亡甚众，后援断绝，弹药将尽，开始全线溃退，尼格里只得下令撤退，丢下数百具尸体，狼狈逃回文渊。冯子材挥军乘胜追击，连破文渊、谅山，歼敌千余人，重伤尼格里，取得重大胜利。

镇南关之战，清军各部在冯子材的调度指挥下，密切协同，严密防守，与法国侵略军激战数日，打退了法军的进攻，毙伤敌军精锐近千人，缴获了大量枪炮和干粮，取得了中法开战以来最大的一次胜利，极大地鼓舞了中越两国军民的斗志，沉重打击了法国侵略者的嚣张气焰，从根本上改变了中法战争的形势，使中国反败为胜。之所以取得这样的胜利，主要原因是爱国将领冯子材能够团结前敌诸将，在战前形成了集中统一的局面，从而有效地集中了兵力，最后在中越两国人民的大力支援和全体将士的英勇奋战下，取得了辉煌的战果，在中国近代反侵略战争史上写下了重要的一页。

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