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攻占八里台和西机器局之后，7月11日，八国联军继续进攻。聂士成已经阵亡了，日军第五师团再也没有什么好怕的了，他们迅速成为了八国联军的主力——并且接下来一直是主力，攻向马玉崑驻守的陈家沟至天津火车站一带的防线。
这是天津城墙前的最后一道防线。
日军正准备发起冲锋，英军指挥官来到日军阵中，说：“别急，给你们两炮。”
给你们两炮不是打他们两炮的意思，而是给他们两门炮——英军运来的这两门4英寸口径的大炮是刚刚从南非的战场运到大沽口的。不远万里到来，一定有缘由。
日军好奇地朝陈家沟阵地发射这个神秘武器，紧接着，人类历史最恐怖的一幕出现了。
只见一股股从未见过的黄绿色烟雾飘过，闻到的人头晕眼花，随即倒地立死，陈家沟附近上百名士兵、600匹战马，以及附近村庄里的部分百姓倒地而亡。
这是人类战争史上第二次大规模使用毒气弹。以前人们一般认为，毒气弹是一战中德军对英法联军首次使用，而实际上，早在1900年，天津就成为了继南非之后第二个遭受毒气弹的战场。
这几发炮弹打过来时，马玉崑的士兵还是像往常一样躲到掩体后面。没想到躲得过炸，却躲不过毒，大家从来没有见过如此厉害的炮弹，更加不知道如何应付，于是惊慌失措，丢弃防线，慌忙撤向天津城内。
日军就这样轻而易举地突破了天津城墙前的最后一道防线。不过他们更兴奋的是拥有如此致命的杀伤性武器，这两门毒炮引起了日军极大的兴趣。1931年的“九一八事变”后，日军将他们专门研发毒气弹和细菌弹的机构搬到了哈尔滨，并成立了专门的部队——代号731。
天津城已经门户大开。7月13日，八国联军对天津城发起总攻。