秘密把八门后膛小炮运到前沿，在夜半突然向敌舰开炮，结果击中五炮，杀伤了很多敌军。据说孤拔就在这次夜袭中负伤，不久便伤重而死。薛福成还亲自撰写了文告，号召法舰上被胁裹的中国人杀死法军头目，夺取或破坏这些军舰；劝谕法军将士击毙法酋，驾舰投诚；并招募中外军民用水雷、火筏等物毁沉法舰，成功者将给予重赏，并破格予以擢拔。这么一来，法军十分惊恐，急忙在军舰周围布置竹木、铁网来防备水雷，弄得他们风声鹤唳，日夜不得安宁。
法国舰队在镇海口外一直停泊了45天，直到中法和议告成后才退往外洋。在这场中法战争中，法国陆军在越南、我国台湾等地屡次被中国军队杀得大败，而法国海军起初全歼福建水师、击败南洋水师，气焰甚为嚣张。然而甚嚣尘上的法国舰队却在小小的镇海口屡战不利，损失惨重，遭到了意外的失败。这次胜利，是薛福成和广大爱国官兵尽忠报国、精心筹防所取得的辉煌成果。事定后，薛福成因筹防功得到了浙江巡抚刘秉璋和两江总督曾国荃等人的优保，获得了布政使的加衔。
薛福成对镇海海战的胜利，并不感到满足。他认为浙东的防务实际上还不十分坚固，这次能挫败敌军，尚带有偶然的性质。如今邦国多难，海衅迭起，应该为浙东的防务筹一个“万全之策”，使“全浙门户，永臻稳固”。于是，他在力排众议，坚持要起沉船、拔桩木，疏通镇海口门，以利于开通商务和兴修水利的同时，向巡抚刘秉璋提出了建台添炮的建议，并随即和宁波知府等一起，向商民大力劝募海防捐输。当地商民已经看到薛道台等人确是实心实意为抵御外敌而操劳，因此都极为支持，在不长时间里就捐集了几十万两白银。有了资金，薛福成和杜冠英、吴杰等人一面通过上海洋行购买了七门德国最新式的重炮，一面在镇海口大修国防工事。他们在形势险要、过去设防不严的小港修建了配备重炮的笠山炮台，作为第一道防线；加强了招宝山威远炮台的火力和工事，作为第二道防线；在金鸡山、招宝山后两个夹江相望的石矶上各修一个炮台，作为第三道防线。这样，一旦发生海警，镇海驻军可以节节严防，环伺迭击，使镇海的防务固若金汤。
这项巨大的工程，耗费了薛福成无数心血。