林则徐到达广州的第二天，便命令随行人员严格遵守纪律，不得随便外出。同时晓谕下属：只收阅揭露鸦片罪犯的呈词，与鸦片无关的问题，一概不予受理。全心全意放在禁烟上。他在住所广州越华书院，召集关天培等；共商禁烟大策和防务问题，并确定了禁烟方针即缴烟和具结。用林则徐自己的话说就是“将已来之鸦片，速缴到官；未来之烟土，具结永断。”对于外国鸦片贩子来讲，这两点方针，正是对他们的当头棒喝，击中了他们的痛处。
林则徐到任后，在关天培的陪同下，对鸦片船经常出没的地方进行调查。他与关天培乘坐师船观看虎门防务及水路特征，鉴于鸦片贩子时隐时现的特点，命关天培分派兵哨各船在伶仃洋一带按月巡逻堵截，“无论内地何项船只若接近夷船，概行追击，若其敢逞凶拒捕，一律格杀勿论。”
在充分掌握广东方面有关鸦片的情况后，在关天培等人的支持下，林则徐下令查封广州所有的烟馆。3月18日，林则徐、邓廷祯、关天培等坐堂传讯垄断对外贸易的13洋行商人。这些行商一贯帮助外商贩卖鸦片，走漏白银，探听消息，进行贿赂，从中牟取暴利。林则徐严厉斥责了他们的罪行。要他们立即“逐一核实供明，以凭按律核办。”并要他们把禁止走私鸦片布告带回洋馆，向外商宣读。要外商3日内缴出所有的鸦片，不得有丝毫隐瞒。并要外商写下“永不敢挟带鸦片，如有夹带鸦片，一经查出，货尽没官，人即正法”的书面保证。他毅然决然地表示：“若鸦片一日不绝，本大臣一日不回，誓与此事相始终，断无中止之理。”并严正地警告外商：倘若“不知悔改，唯利是图，非但水陆官兵，军威壮盛，即号召民间丁壮、已足制其命而有余。”
为了保持其罪恶的鸦片贸易，英国驻中国商务监督义律亲自策划破坏中国的禁烟运动。3月21日，林则徐提出的外商呈报所存鸦片的三天限期以满。义律便支使英国烟贩用搪塞手段敷衍，企图蒙混过关。只报所存鸦片1037箱，并虚伪地表示要和鸦片交易割断关系。他们认为这样已给足了钦差大臣的面子，以后只要贿赂一下，问题就解决了。
林则徐并没有被英国侵略者这种狡猾的伎俩所欺骗。他早派关天培侦知到在伶仃洋面的英国趸船有22只之多，若按每艘装1000箱计，少说也有2万余箱。义律如此对待禁烟，戏弄天朝官员，是绝对不能容忍的。3月22日，林则徐传讯英国最大的鸦片贩子颠地。认定他是烟贩中的首恶，断难姑容。让十三行传谕洋商及夷人等，”以本大臣奉命来此查办鸦片，法在必须，速将颠地一犯交出，听候审判”。颠地自知罪行重大，不敢见林则徐。
3月24日，义律看到林则徐动真格的了，便气急败坏地从澳门跑到广州商馆，对林则徐采取恫吓强硬的态度，他“确信坚定的语调和态度会抑制广东省当局的气焰”，拒不交出颠地，并准备帮其逃跑，同时命令伶仃洋面的趸船开走，摆出战争的姿态。但林则徐、关天培等早知他有此手段，早于23日夜，关天培便亲率水师起赴伶仃洋，将22只趸船全部截住。在沿海群众的帮助下，抓住了化装潜逃的鸦片贩子颠地。
这22只趸船是去年来到广州附近洋面的。由于沿海各口防御甚严，难于发售携来的鸦片。这鸦片既然运来，鸦片贩子们就不想再运回去。他们千方百计寻求机会出售鸦片。林则徐没有采取历任官员们将其驱逐了事的态度，而是本着中华民族的利益，准备收缴船上的鸦片。当闻听关天培已将趸船截住的快报后，非常兴奋，立即命其将趸船押回广东虎门，准备将取收缴。
为了打击义律的气焰，林则徐下令将所有停泊在黄浦港里的鸦片货船全部封舱，停止中英贸易。关天培亦调派水师，严密防范洋馆区，不许外商出入，撤退洋馆里受外商雇用的全部中国人，断绝了洋馆与趸船的交通。320名鸦片贩子被封闭在商馆中，被限令交出鸦片。如再不交，必处于严刑重罚。
在不屈不挠、无所畏惧的中国人面前，义律走到了山穷水尽的地步，他不得不在3月28日，禀呈林则徐：“愿意严格地负责，忠诚而迅速地呈缴英商所有的鸦片20283箱。”5月18日，被扣留的22只趸船鸦片约2万余箱呈缴林则徐。缴出的鸦片都临时贮存在虎门镇口，林则徐亲赴沙角炮台调度收缴。在他写给道光皇帝的奏折中，描述了当时的收缴情况。
“经义律向各夷人名下反复追究，旋即呈明有20283箱。查向来拿获鸦片，如系外夷原来之箱，每一箱计装整土40个，每个约重3斤，每箱应重120斤，即至日久收干，每箱亦约在百斤以外。以现在报缴箱数核之，总不下二百数十万斤。若经奸贩转售，则流毒何所不至。今设法令其全缴，不动兵威……。诚恐所报尚有不实不尽，访之在洋水师及商贾人等，称外夷高大趸船，每只所贮亦不越千箱之数。是趸船22只，核与所报箱数不甚相悬，当即谕令驶赴虎门，以凭收缴。
除商明留臣怡良在省弹压防范外，臣林则徐，邓廷祯于28日同抵虎门。水师提督关天培本在虎门驻扎。凡防范夷船，查拿售私之事，皆先与臣等随时商榷，务合机宜。自收缴之谕颁，尤资严密防堵。兹趸船22只陆续驶至虎门外，关天培当即督率将领，分带提标各营兵船排列弹压。并先期调到碣石镇总兵黄贵，阳江镇总兵杨登俊，各带该标兵船，分排口门内外，声威极壮。臣等亲率……文武大小各委员，随收随验，随运随贮。惟为数甚多，一趸船所载之箱，即须数十只剥船始敷盘运，而自口外运至口内堆贮之处，又隔数十里，若日期过促，草草收缴，恐又别滋弊端。臣邓廷祯拟收至二、三日后，先回省署办公，臣林则徐自当常驻海口，会同提臣关天培详细验收，结理一切。”
在整个虎门缴烟过程中，关天培细心核查，严防偷盗，配合林则徐圆满地完成了缴烟工作。
1839年6月3日，广州附近的虎门海口人山人海，把两个长宽各15丈的硝烟池围得水泄不通。港湾里，关天培指挥水师数十艘战船，排成威武阵势。下午2时，关天培陪同林则徐登上虎门海滩的礼台，在隆隆的礼炮声中，开始了中国历史上近百年来反侵略斗争史的第一页光耀篇章。它向全世界表明了中国人民反抗外来侵略的坚强意志。
从6月3日至6月25日，虎门销烟持续了20多个日夜。在这中国历史上激动人心的日子里，关天培始终站在林则徐身旁，帮助他在中国近代史上写下壮丽的一页。
虎门销烟之后，英商仍然向中国走私鸦片。清政府下令断绝与英国人的贸易，英国鸦片贩子们因无法着陆，便在铜鼓洋水面，利用中国冒险犯法的渔船，继续走私鸦片。1840年2月下旬，关天培向林则徐提议，采取“以奸治奸以毒攻毒”的策略，焚烧鸦片走私船。他们雇用一些沿海的渔民，将水师里的火船加以伪装，告诉渔民如何驾驶及点放火箭的办法。然后，分赴鸦片船经常出没的洋面，打击鸦片走私船。29日夜，待鸦片贩子们熟睡之时，“察看风潮皆顺，即令一齐放出，乘势火攻，将此等环附夷船各匪船，随烧随拿……烧去屠牛换土大海船一只，大买办艇一只，大扒艇一只，杂货料仔艇一只，卖果子糕饼之扁艇15只。又将夷船高头三板，前后延烧，该夷驾驶逃开，扑救渐熄，未经沉没。此次共烧毁运土及济夷匪船23只，篷寮6处，除烧毙淹毙各犯外，生擒10名，不惟足摄汉奸之心，亦可以寒英夷之胆。”
6月8日夜半月落之时，关天培又率水师中的各队火船，开到磨刀洋水面英国鸦片船聚泊处，“占住上风，出其不意，火船闯进夹烧，……乘夷船乱奔之际，将火箭、火罐、喷筒等物纷纷抛掷。将载有烟箱夷船烧毁一只。另有夷船一只，桅帆著火，弃碇驾逃，经夷众将火扑救。先后延烧大小办艇11只。”
林则徐在广东禁烟期间，关天培率领广东水师给予了有力配合，使鸦片贩子们闻风丧胆，惶惶不可终日。