马尾港是福建水师的基地，著名的洋务企业马尾造船厂就建在这里。从光绪十年7月起，法军舰陆续进泊马尾，海疆大臣张佩纶等根据清廷“不可衅自我开”的训令，对法舰的侵入不予拦阻。8月23日法舰开炮，福建水师仓促迎战，几乎全军覆没，马尾海战惨败。
法军舰陆续进港 张兆栋等受命不予阻拦
　　位于福州东南的马尾港，是闽江下游的天然良港，也是福建水师的基地，著名的洋务企业马尾造船厂就建在这里。闽江口外岛屿礁沙密布，有五虎岛、大小龟屿等，形势险峻，素有“双龟把口，五虎拦门”的说法。从闽江口至马尾，两岸山岭连绵不绝，水道狭窄，最窄处仅300米，两岸建有炮台。当时有人称“福州海口，奇险天生，当事者苟未雨绸缪，（法军）虽铁胁亦难飞渡”。
　　从光绪十年(1884)7月中旬起，法国军舰就陆续闯入闽江口，进泊马尾。当时主持福建军务的钦差命会办福建海疆事宜的大臣张佩纶、闽浙总督何璟、船政大臣何如璋、福建巡抚张兆栋和福州将军穆图善等人，根据清廷“不可衅自我开”的训令，对法舰的侵入不但不予拦阻，反而热情款待，同时命令福建水师各舰不准先行开炮，违者虽胜亦斩。于是，法舰在马尾港进进出出，自由自在，而中国军舰则处在法舰监视之下，不得移动。
　　8月17日，清政府见和谈无望，下令沿海沿江各省加强防备，但对马尾方面，仅指示如果法舰已经进港，应设法阻其出港，对那些没有进港的法舰，不准其再行进入，但并未解除不得主动出击的禁令。当时，马尾一带有福建水师军舰11艘，江防陆军20余营。但由于清政府和战不定，前线诸将又昏聩无能，水陆各军缺乏统一指挥和协同作战的周密计划，加之装备不良、弹药不足，因此，总的兵力虽然较法国方面占优势，但战斗力却很弱。
法下通牒赶福建水师 何如璋下令匆忙备战
　　法舰利用中法双方正在进行谈判之机，以“游历”为名，陆续闯入闽江口，上驶马尾，伺机挑衅。此时，清政府仍幻想议和，传令海陆军不得先发起攻击，使法舰得以在港内与福建水师的舰艇首尾相接共泊一处。8月22日，法国政府进犯中国台湾基隆港受挫，勒索赔款无望，下令远东舰队消灭中国福建水师，远东舰队司令孤拔立即决定次日午后退潮时发起攻击。
　　当时，泊于马尾的法舰队计有军舰9艘，排水量为14500吨，火炮77门，官兵1800人，另有鱼雷艇两艘，还有两艘军舰在金牌等一带江面，阻止清军塞江封口，保障后路安全。参战法舰共有重炮77门，总兵力1800人。福建海军军舰11艘，9900吨，炮45门，兵员1100人。从吨位、防护能力、重炮数量、兵员素质等方面比较，法舰占有明显优势。另一方面，孤拔选择退潮时开始攻击也对法舰有利。这是因为当时系泊用船首，船身随潮水涨落而改变方向（涨潮时，船头指向下游，落潮时，船头指向上游)。孤拔选择落潮时开战，可使大部分中国军舰位于法舰前方，暴露在法方炮火之下而无法有力回击。8月23日8时，法国驻福州副领事向闽浙总督何璟发出通牒，限令福建水师于当天下午退出马尾，否则开战。何如璋得知后，对福建水师的将士们封锁消息，并企图要求法方延至24日开战，遭到拒绝后，才匆忙下令福建水师进行临战准备。
水师几乎全军覆没
清廷追责涉事官员
　　8月23日13时56分，孤拔趁落潮之际大部法舰舰首指向福建水师舰艇的有利时机，下令发炮攻击。清军舰艇未及起锚，即被法舰第一阵炮火击沉两艘，重伤多艘。在极其被动的情况下，福建水师官兵临危不惧，奋勇还击。旗舰“扬武”号在驾驶官詹天佑和管带张成带领下，不顾何如璋的禁令，事先作好战备。当法舰开炮时，立即沉着应战，用尾炮击中法军旗舰“伏尔泰”号，击毙法军6名。法军鱼雷艇击沉“扬武”号，中国岸防大炮随即命中这艘鱼雷艇，使之锅炉爆炸，丧失作战能力。“福星”号炮艇在开战时就受了重伤，但立即砍断锚链，冲向敌阵，瞄准敌旗舰猛烈射击，连续命中。后遭敌舰三面围攻，火药库中弹爆炸，全艇官兵壮烈殉国。其中一艘在法舰开炮后，也立即勇敢回击，当它在两艘法舰的夹击下被打穿船体后，舰上官兵置生死于不顾，仍然顽强发炮挫伤敌舰，直到被敌鱼雷艇击沉前的刹那间，还发射出最后一发炮弹，重伤敌舰长和两名士兵。“飞云”号、“福胜”号也都临危不惧，奋战不已，直到舰沉。经过约30分钟炮战，福建水师11艘舰艇除两艘驶向上游搁浅外，全被击沉，伤亡700余人，福建水师几乎全军覆没，此后再无力恢复。而法军仅有两艘鱼雷艇受重伤，其余为轻伤，死伤30余人。24日，部分法舰乘潮上行，炮轰福州船政局造船厂，使船厂遭到毁灭性破坏，并击毁附近民船。此后，法舰沿江下驶，逐次击毁两岸炮台，清军再次遭受重大损失。于30日全部驶出闽江口，马尾海战宣告结束。
　　马尾海战是中国近代海军创建以后进行的第一次大的战斗，结果却如此之惨，失败教训是极其惨痛的。首先，清政府战略指导上错误。自中法开战清政府和战不定，始终不敢鼓足勇气与侵略者决一死战。其次，清朝前线官员不请军事，在法舰进泊港内战争一触即发之际，不预作准备，反而约束将士不准先敌开炮，不能报据战场情况临机处置，结果只能被动挨打。最后，清军武器装备落后。福建海军军舰多系木壳，防护力不强；重炮少，形不成强大火力，在突然袭击下，难以作有效反击，致使全部被敌击沉。
　　在这场海战中，闽浙总督何璟、船政大臣何如璋、会办福建海疆大臣张佩纶、福建巡抚张兆栋在马尾遭袭后手足无措，根本没有组织有力的抵抗。
　　马尾海战之后，清政府进行追责，何璟被革职，在新任总督到任之前，张兆栋暂时代理。后张兆栋也被革职。