英法侵略军在疯狂洗劫圆明园过程中，为了掩盖抢劫罪行，并给清政府以“严厉的责罚”，先后两次在圆明园内及其附近的香山、玉泉山、万寿山等处大规模放火焚烧，将千古名园变成了一片废墟。
英法侵略军第一次大规模纵火，与抢劫圆明园同步进行，时间是10月6日至9日。清政府当时留驻北京的总管内务府大臣宝，在给逃往承德的咸丰皇帝的奏折中说：“八月初八日皇上銮舆起行后，总管内务府大臣文丰、明善遵旨照料圆明园。奴才（清朝内务府官员均为满人，他们给皇帝的奏折，自称“奴才”）当即进城，筹划拨解行在饷需，办理防守等事，讵意八月二十一日夷匪逼进（近）京城，九门戒严。奴才随同总统巡守大臣等昼夜在城防护。二十二日夜间，遥见西北火光烛天，奴才等不胜惊骇。惟当时夜深，恐其乘势攻城，不敢开门往探。至二十三日惊闻二十二日酉刻夷匪闯入圆明园。奴才等闻信之下，曷胜愤恨。旋于二十五日夷匪由园返回，当即往派司员前往探听。随据禀称：‘园内殿座焚毁数处，常嫔业经因惊溘逝。总管内务（府）大臣文丰投入福海殉难。”宝所说的咸丰十年八月二十二日至二十五日，即公元1860年10月6日至9日。
10月6日，法国军队到达圆明园，立即入园抢劫，并放火焚烧。当时在京主持议和的恭亲王奕祈，在给咸丰皇帝的奏折中说：“该夷于二十二日，窜扰园庭，肆行焚掠见庭宇间被毁坏，惟不能确指地名。陈设等物，掠劫一空，并王大臣园寓及宫门外东首朝房及海淀居民铺户，大半焚烧。”当天夜里，宝等人在城内看到西北方向火光烛天，就是法国侵略军在放火抢劫。
10月7日，英国军队到达圆明园，加入抢劫和纵火的队伍。这一天，不仅圆明园遭到大肆劫掠，侵略者还把魔爪伸向清漪园（万寿山）。宝在另一份奏折中说：“夷人二百余名，并土匪不计其数，闯入清漪园东宫门，将各殿陈设抢掠，大件多有损伤，小件尽行抢去，并本处印信一并遗失。”总管内务府大臣明善，在逐园清查后向咸丰皇帝报告说：“九州清晏各店、长春仙馆、上下天光、山高水长、同乐园、大东门均于八月二十三日焚毁。”
10月8日，英法联军的抢劫活动达到高潮，圆明园内多处起火，静明园（玉泉山）也遭劫掠。法军翻译官德里松写道：“在花园里，到处都有人群，他们奔向楼阁、奔向宫殿、奔向宝塔、奔向书室，唉！我的天呀！”“不时，有人叫道：着火了。”宝在给咸丰皇帝的奏折中说：“夷人陆续闯入静明园宫门，将各殿陈设抢掠，大件损伤，小件多经掠去。其静宜园（香山）夷人并未前往。”
10月9日，英法联军暂时撤离圆明园，在撤离前，再次放火焚园。英军翻译官斯温霍说：“当法国人对圆明园内部毁坏工作完竣后，他们烧焚了皇帝的寝宫，退出庭院，搬到安定门外的一个村子驻扎。”侵略者描绘焚烧圆明园的情况时说：“火熊熊的烧着，仿佛一张幔子蜿蜿蜒蜒到了北京，黑云压城，日光掩没，看起来仿佛像一个长期的日蚀。”圆明园的清道夫陆元春说：“及二十二日夜，英法兵即入园大掠掠之所至，焚及随之，至为惨淡。自二十二至二十五，凡焚掠四日乃已。”
侵略军第二次大规模纵火，时间是10月18日至19日，纵火者为英国侵略军，除继续焚烧圆明园外，香山、玉泉山、万寿山等处的殿阁建筑也被劫掠焚烧，大火延烧了两天两夜。步军统领瑞常报告这次焚烧的情况时说：“窃自八月二十二日之后，该夷日日结队前往海淀一带驻扎。自九月初五日夷人复以大队窜扰园庭，将圆明园、清漪园、静明园、静宜园内等各处焚烧。”带兵王大臣僧格林沁也奏报说：“查该夷因前获之巴夏里等三十余名，已死过半，是以初五、初六等日，复分股烧毁圆明园、三山等处，奴才望见烟气冲天，寸心如割，即马步官兵无不愤恨。”
英国侵略军纵火前，清政府的外交代表震骇于侵略者的暴行，已经作出了种种让步。当时，留京主持议和的恭亲王奕祈躲到了长辛店，留在城内与英法联军进行交涉的是他的代表、武备院卿恒祺。恒祺原任粤海关监督，与当时的英国驻广州领事巴夏礼交往甚密，有所谓“结盟之好”，曾参加《天津条约》的谈判。10月8日，恒祺擅自作主将前在通州拘捕的巴夏里等8名人质释放。10日。恒祺又主动陪同巴夏里到圆明园，寻访前被清军拘捕的英法官兵的物品和马匹。12日，恭亲王奕祈致函英国专使额尔金、法国专使葛罗，答应英法代表带卫队进城换约。13日，留守北京的王公大臣义道、周祖培被迫交出安定门，巴夏里率100余人进入北京城。14日，恒祺亲自持令箭打开德胜门，额尔金率英法联军三四百人入城，并在城楼上遍插旗帜，北京城被占领。
清政府的妥协退让不仅没能阻止侵略者继续施暴，相反因为有了被囚英法人员“死亡过半”这个借口，英国侵华专使额尔金竟然公开发布照会、贴出告示，要在光天化日之下彻底焚毁圆明园。10月14日，额尔金致函奕祈说：“圆明园者，英法侨民所受痛心疾首惨刑而死之地也。必夷为平地，此条固无须恭王之承认，敝国统帅所已决定，亟待执行者也。”除此之外，额尔金还要求中国政府赔款30万两白银，补偿英国侨民伤亡损失，并在天津立碑纪念。法国侵华专使葛罗也致函奕祈，要求赔偿白银20万两，补偿法国侨民伤亡损失。葛罗反对焚毁圆明园，这倒不是因为他对这座万园之园存有什么善意，而是认为与其焚毁圆明园，还不如干脆抢劫并焚毁皇宫。10月16日，葛罗在给额尔金的信中说：“圆明园者，清帝行幸之离宫也；其地并未设防御，亦非敌战之区也；焚而毁之，实系无益之报复。余等所引以为伤心者，前此不幸惨酷之事，非能因此而补偿，故余等不宜存此想。余意以为北京城内之宫殿，乃全国政府之所寄，若先劫取其文物典籍，而后悉毁其宫殿，其在中国人与欧洲人之眼中，或将视此举为一种之报复与惩罚，其印象之深，比之仅焚毁一游幸行乐之离宫别馆（指圆明园）当远过之。诸帅如征询鄙见，予当以此说（焚毁城内宫殿）进，劝其速行。盖吾等今日，虽似决不至不逞吾志，然既奉政府之命而来，倘未逞吾志而去，则临行宁焚毁其朝廷宫殿也。”当天，额尔金复函葛罗，坚持焚烧圆明园。宣称：“惟毁坏圆明园一事，余决不能舍弃而不行也。赔款一层，英国侨民须有30万之抚恤费，交款期限22日上午，签约期限23日，且限于20日即答覆承认；否则下令焚毁北京各宫殿。”同时，额尔金还草拟了一份告示，译成中文后在英法联军驻扎的地方和圆明园附近建筑物及墙壁上四处张贴。它的大意是：“宇宙之中，任何人物，无论其贵如帝王，既犯虚伪欺诈之行为，即不能逃其所应受之责任与刑罚也。兹为责罚清帝不守前言及违反和约起见，决于18日焚烧圆明园，所有种种违约举动，人民既未参预其间，决不加以伤害，惟于清室政府，不能不一惩之也。”这份告示将英军的暴行说成是正义之举，宣称焚毁皇家园林不是对中国人民的伤害，想为他们破坏人类文明的野蛮行为找到根据，颠倒是非，莫过于此。
英国侵华军司令格兰特完全支持额尔金关于彻底焚毁圆明园的决定。他在一份公文中说：“余所以欲毁圆明园宫殿之故，今愿为左右一陈之。第一，被囚诸人，手足缚索，三日不进饮食，其受如斯野蛮之待遇，即在此地。第二，若对于中国政府所为不顾国际公法之残酷行为，不予以久远之印象，英国国民必为之不满。若现即与之媾和，订约撤兵而退，中国政府必以吾国人民为可以任意捕杀无忌，在此点上必须警醒其迷梦也。”“圆明园宫殿之为要地，人所共知。毁之所以予中国政府以打击，造成惨局者为此辈而非其国民，故此举可谓为严创中国政府，即就人道而言，亦不能厚非也。”内容相近的公文，格兰特发出了两份，一份给远在伦敦的英国陆军大臣，一份给法国侵华军司令孟托班。孟托班不同意额尔金的作法，于10月17日函告格兰特，不愿加入彻底焚毁圆明园的行动。信中说：一、予意此举，乃由于报复之心，为报复英法侨民所受之惨虐也。但并未逞吾人报复之志。二、再者，今若焚圆明园，将使恭王益增畏惧，不敢进行和议。如是，吾人依照前所宣言者，不得不进攻北京皇宫，终以颠覆清朝，此正违反吾两国政府所予之训令也。”由于法国军队不予合作，额尔金和格兰特共同商定，英军单独放火焚园。