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1857年12月12日，叶名琛突然接到额尔金发来的通牒。
这是一份没有任何预兆的最后通牒，上面要求叶名琛让出广州城及沿江的所有炮台。叶名琛当然不能同意，要不然就等于举手投降了，但留给他的时间已经不多了，确切地说，只有三天。
12月15日，英法联军向广州炮台发起进攻。这些可怜的炮台大多徒有虚名，不过靠残存小炮苟延残喘而已，在英法联军的进攻下迅速沦陷，有的炮台官兵知道抵抗无益，索性将炮埋起来，以免落入敌手，然后大家各奔东西，四散逃命。
攻下炮台后，额尔金并没有马上进攻广州。因为他注意到，虽然短时间内，叶名琛无法将出城控制产粮区的官兵抽调回来，但广州城仍有相当数量的部队驻守。
广州城内的兵勇已有所增加，增加出来的是募勇，叶名琛此前已经把财政里剩下的最后一点钱拿出来，全部用于招收募勇，以补充防守兵力的不足。
额尔金担心硬攻会出现过多伤亡，决定先用英舰对广州进行炮击，探探路再说。
英法联军动用舰艇上的两百多门火炮，对广州进行了连续炮轰，一时间弹如雨下，然而不管怎么轰，广州城上都没有一炮用以还击，与战争初期截然不同。
联军开始实施炮击时，叶名琛正在校场，就像战争刚开始时那样，该做什么还做什么。当第一排炮弹打入城内，爆炸声撼动全场，部属人人变色，叶名琛仍神色坦然，且面带微笑。
可是他心里其实很明白，这次广州城真的危险了——不还击，不是不想还击，而是城里没有大炮和炮弹。
由于得不到补充，守军只能从军火库里把陈旧的鸟枪、大刀、长矛都倒腾出来，连沙灰、瓦片和石头都成了作战武器。
两个星期后，额尔金认为时机到了，遂下达总攻击令。1857年12月28日，英法联军实施登陆，进攻广州，这时广州城才开始组织英勇抵抗。
包令观摩了全部作战过程，他扬扬得意地说叶名琛是在以“野蛮时代的兵器”对抗英法联军，其结果如何，是毫无疑问的。
结果的确只有一个，然而过程亦称壮烈，许多中国官兵浴血奋战，英法联军伤亡达一百一十一人（也有学术资料认为应是一百二十八人）。
守军应该可以打得更好，但是关键时候，叶名琛身边缺少如沈棣辉一般的得力将佐，扯后腿的货色倒是有好几个。
广东巡抚柏贵和广州将军穆克德讷本该全力协助叶名琛，但在广州失陷之前，二人就早早地做了软骨头。他们暗中派人与西摩联络，表示愿意上折弹劾叶名琛，并将奏折草稿先行给英国人过了目。
叶名琛虽不知道这两个家伙如此下作，然而他对自己孤身迎敌的处境已非常清楚，后来曾用一首诗来追忆这段经历：“纵云一范军中有，怎奈诸君壁上看。”
“范”指的是北宋的范仲淹。这位写下“先天下之忧而忧，后天下之乐而乐”的名臣，文武兼备，曾是北宋时期的边塞一柱，西夏军队对之最为惧怕，因此才有“军中有一范，西贼闻之惊破胆”的说法。
叶名琛的悲凉和无奈可以从诗中一览无余：即便有范仲淹那样的杰出人才穿越过来，看到这么多人都在旁边当闲客，他也只能束手无策吧。
12月29日，抵抗终于失败，广州失陷了。
当英法联军攻城时，城头上根本看不到穆克德讷的影子，联军入城后，这位将军不是组织抵抗，而是张皇鼠窜，从一个房间逃到另一个房间，最后被法国兵从柜子里给拖了出来。
包令对叶名琛恨之入骨，非擒之或杀之才能后快，他最担心的就是叶名琛会效仿两个软骨头出逃或藏匿。
事实上，叶名琛可以逃走的借口和机会太多了，因为他是一把手，广州城内没有人能制约他。比如，他可以将广州防务扔给下属，然后出巡省内各地，又或者想再跑远一点的话，还可以率兵去广西作战，反正那里有的是洪兵给他“剿”。
叶名琛不是不知道形势有多么危迫，此前他已将家眷送出广州，但他本人始终没离开过广州城半步。
在联军正式向广州城发起进攻时，密集的炮弹像雨点一样落进督署。随从吓得到处乱跑，叶名琛端坐议事厅内，镇静地处理着文件，并且还不忘安慰旁人：“不要怕，炮弹都是一阵子的，过去就好了。”
城陷后，叶名琛仍有逃离的充足时间，家丁也劝其离开，但他却不为所动。