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回到李维业开始向越南北部发起军事行动的几个月前，1883年的1月4日，中越边境上出现了一支特殊的旅行队伍，为首的是一名皮肤黝黑，身材瘦削，但是眼神中流露出精干之气的中年人，在他身后，跟着200余名挑着木箱、扛着火枪的随从。黑旗军首领刘永福带着十万两银子悄悄回到了阔别多年的祖国。
刘永福此行，公开的目的是因为自己在越南已经出人头地，要回乡祭扫父母的坟墓，光宗耀祖，实际上，则是想与中国官员接触，进而能够将自己的一些设想上达京城朝廷，表示归依母邦之志。自从阵斩安邺，越南政府仅仅是给予微薄的奖赏后，刘永福就已越发感觉自己和黑旗军在越南所处地位之低下，随着法国对越南政府施压，越南政府也屡屡下令，要求黑旗军迁移驻地，离开红河沿岸。此令虽然因为越南国内对法交涉形势的阴晴不定，并没有真正落地执行，然而刘永福已经深深明白，黑旗军的前途遇到了危机，必须要重新寻找一条出路。
回到祖国后，在与广西地方官员的交涉中，刘永福反复做出表态：“愿为中国千把（千总、把总），不愿为越南提镇。”
对这样一支处在异域的中国人军队，究竟应当持何种态度来对待，清政府内部当时大致分作两派意见，以都察院左副都御史张佩纶为代表的一派，认为刘永福部黑旗军骁勇善战，应当令其继续留扎在越南境内，充当中国解决越南问题的先锋部队，不仅要对黑旗军加以支持，必要时候还应增派中国军队入越，加强中国在越实力。
以北洋大臣李鸿章为代表的另一派则认为，刘永福部黑旗军兵力仅3000余人，所能发挥的实际军事、政治价值有限，而且至关重要的是，越南政府每每遇到对外交涉问题，大都不事先通报中国，如果交涉有利，则视为摆脱和中国宗藩关系的契机，如果交涉不利，又要来找中国帮助解决。为了这样一个三心二意的属国，而不惜与一个欧洲国家进行前途莫测的战争，白白耗费中国的国力，在李鸿章看来，是极为不智的举动。
没有得到清政府方面任何公开的表态回应，刘永福又重新回到了位于越南老街的驻地。此时，越南国内局势已经大变，正是李维业在越南北部大动兵戈的时候。对法国侵入越南北部一事，中国朝内的主战派反应强烈，认为应该尽快予以干涉。1882年年底，吏部候补主事唐景崧自请进入越南，联络黑旗军抗法，清政府高层官员亲临鼓励，在黑旗军看来，意味着自己已不再是母国眼中的叛军，已经得到祖国的承认，如此一来，即使越南政府万一倒向法国，黑旗军也不用担心将来的出路。
北方重要城市南定陷入法军之手后不久，得知李维业率少量部队驻扎在河内城，1883年4月25日，刘永福率军祭旗，尽起黑旗军精锐，开往河内。沿用攻击安邺时的故技，刘永福一面派兵在河内城墙上张贴檄文告示，一面不断骚扰、攻击河内城外的法国教堂，以此举引诱李维业出战。最后则开始围攻河内，向城内法军施加压力。
5月19日凌晨4时30分，李维业率领400余名法军，携带3门65毫米口径行营炮开出河内城，搜索黑旗军。在李维业看来，当年安邺的失败，主要是因为所带的兵力过少，仅仅只有几十人，而自己此次率领数百大军，应该是胜券在握了。
上午8时30分，法军走上河内城外的纸桥（le Pont de Papier）。细心的人会发现，纸桥的对岸是一大片水田，水田远处则是竹林、树丛。泥泞的水田可以用来迟滞敌军，茂密的竹林、树丛又是设下伏兵的好地方，这片地域无疑是打伏击战的好地方。果不其然，就当李维业和法军炮队走上高高的纸桥时，四处突然传来密集的枪声，几名炮手当场毙命，法军营长韦鹥（Villers）少校被击中腹部，旋即手臂又中弹，送回河内后伤重不治身亡。
纸桥之战中正在试图拖曳火炮的李维业
遭到突然袭击，李维业立刻命令部下展开还击，经过一轮激战，纸桥附近设伏的黑旗军杨著恩部被击退，营官杨著恩阵亡。李维业遂率军追击逃散的黑旗军，由此又落入黑旗军设下的另一个包围圈。追击不久，法军与黄守忠率领的黑旗军前营遭遇，更为可怕的是，黑旗军竟然使用了侧翼包抄合围的战术，吴凤典率领的黑旗军左营很快出现在法军侧翼。见到黑旗军人数众多，李维业为了不步安邺后尘，他决定停止进攻，后撤整队后再做决策。撤退的军号声很快响起，法军开始狼狈地向纸桥方向沿原路后撤。当时，法军的1门65毫米口径行营炮可能是因为准备射击，火炮和骡马拖曳的弹药车失散，为了不让这门火炮落入黑旗军之手，李维业竟亲自上阵，在几名士兵掩护下和一些官兵去拖曳这门火炮。也就在此时，李维业肩头突然中弹，立刻倒地，旁边的海军上尉雅关（Jacquin）用身体掩护李维业，被当场击毙。剩余的法军显得惊恐万分，仓促地通过纸桥，撤回了河内附近的法租界，黑旗军则一直追至河内，“全城被黑旗军抢劫一空，半城被焚”
。
此战，法军阵亡30人，黑旗军阵亡50人，刘永福向清政府报告称杀法兵数百人。令撤退的法国军队意想不到的是，战斗中中枪倒地的李维业实际并未立刻毙命，只是受伤而已，后来在黑旗军清理战场时被发现，被绑在竹竿上抬回黑旗军营地后砍去手和头颅。“他（李维业）被用竹竿抬走，当时他神昏气喘，失去知觉，走两公里之远，直抬至刘永福所在的庙中。到了那里，似乎神志清醒，明白过来，说了几句没有人懂的法国话……李维业司令的头和被砍下的手，单独放在一个漆盒里，埋在离大路中心不过数分米远的地方，使凡过路的人都得在上面践踏，以示轻蔑与侮辱。”
最近发生的事件和李维业之死，都促使我们强烈要求赔礼道歉，不管愿意与否，都要迫使嗣德帝同意修改以前的条约和订立保护国条款。河内失败后，必须坚定不移，抛掉幻想，靠谈判一无所获。对方只有在遭受到开始执行处罚的后果，在压力和威胁下才会让步。我们的一切行动手段均已具备。
——交趾支那总督致海军和殖民地部部长电报