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1880年11月28日，越南北宁。
由于黑旗军的浴血奋战，停滞了法军的前进，使北宁的第三师得到足够的时间，精心构筑了自己的防御体系。
这个地区河流纵横，水网密布，东北是月德江，西面是浪泊湖，南面是新河，东南则是天德江和六头江。而北宁城及周围小片区域，就是这大片水网中的一块小空地。
北宁城的东北高地名为涌球，这个高地控制着月德江，在这里架设大炮还可以直接轰击北宁城内，是极其重要的制高点。法国人叫做拉贝水坝。事实上在越南话中，涌就是河，球就是桥，河上之桥自然就是水坝了。
北宁城的东南是一座小土山，名叫榄山，是涌球的前方屏障。
北宁的西南是一个村庄，名叫克念总，遍布大片的水田，地势泥泞不堪，后面又是一座小土山。
结合北宁周围的地形，师长张树声认为，要守住北宁，必须要守住涌球，要守住涌球，又必须守住榄山。而西侧克念总一带，不适合法军大部队行动，尤其是道路泥泞，更是法军火炮部队的噩梦。因此，防御的重点应该放在北宁城的东侧。
旅长王德榜率领两个团，以及越南军队潘廷逢部2500人防守榄山。
本来张树声想让蒋宗汉率领的重炮营，也驻防榄山，但是随军参谋徐世昌极力反对，因为一旦榄山失守，210mm重型榴弹炮肯定无法及时后撤，这对后面的战斗影响很大，最后张树声接受了这个建议，把重炮营放在涌球高地，苏元春带一个团驻守涌球高地前沿。
魏刚带一个团，以及越南赞襄军务阮善述部队2000人，一同防守克念总地区
旅长章高元率领两个团驻扎北宁城外，作为预备队。
另外原先编制中的骑兵营，因为不适合越南地形，改为步兵营，由马盛治指挥，和张树声的警卫营，以及师指挥部驻防城中
因为法军的内河炮舰部队，可以依托越南密集的内陆河流网络四处游动，威胁实在太大，其强大的舰炮群可以摧毁一切防御工事，要守住阵地，首先必须防住炮舰。根据指挥部的命令，必须将防御地带的河塘溪流全部堵塞，这样就能阻止法军炮舰溯流而上，支援其陆军。
在这一点上，第三师做了周密的准备。天德江、月德江、六头江等统统堵上，具体办法是选择狭窄处，在竹排上捆上大石头，沉在水面下，砍下大树堵在水面上，这样水流可以通过，但炮舰由于自己的吃水深，将无法向前，同时在堵口旁的树林设置了大量的火力点。
另外在各个防御阵地上，中国军队也构筑了大量的地堡。
这种地堡事实上，是修在一个七尺深的大坑里，地堡在大坑的中央，高八尺，厚五尺，外面用大石条砌的严丝合缝，内部则是用木柱深深打入地下，层层叠叠，用石灰和沙石搅拌抹平。
地堡与大坑壁之间还有六尺宽的空隙，全部钉上大量削尖的木刺，整个地堡只高出地面一尺，设置了枪炮洞眼。
这样法军的枪炮很难击中地堡，即便偶尔有炮弹打中，也无法有效摧毁它，除非是重炮的连续轰击。
每个地堡内都配置了七八名士兵，地堡后侧都挖了暗沟，供士兵进出。
由于这种地堡都是根据徐世昌设计的图纸统一建造，所以又称“徐氏地堡”。
这种坚固的地堡，将有效的保护防御阵地里的中国士兵，在心理上也是一个极大的安慰。
在徐世昌的建议下，张树声命令前线部队，在法军的小规模进攻面前，地堡要保持火力静默，以避免法军的战术侦察，以追求防御关键进攻时，能够给予对方意外的打击。
徐世昌现在已经成了张树声最倚重的智囊，很快，他又有了一个新的建议。
在涌球高地的旁边，有一座修建于1867年的天主教教堂，哥特式风格，双尖塔式建筑，整个教堂被铁栏杆和竹栅栏包围着，密不透风，犹如一个坚固的碉堡。
教堂的主教是巴洛特神甫，他还有另外一个秘密的身份，法国陆军中尉，是法国在越南北圻地区一个最重要的情报头子。在教堂里除了有十几名法国人，还有将近百人的越南武装教民，这些人都受过训练，而且由于宗教的关系，对法国很有归属感，有一定的战斗力。
这一天的晚上，巴洛特神甫正在自己的办公室里，写着相关的情报书信，他尝试过让手下的教民，假扮民夫混上涌球高地，去刺探中国军队的阵地，但守军检查非常的严密，让他一直未能如愿。
正在此时，“砰砰”，外面突然想起了两声枪响。接着一个手下跑了进来，慌张的报告：“不好了神甫，外面有大批中国军队，已经把教堂团团包围了。”
巴洛特大吃一惊，赶紧跑到窗口，发现外面已经火把通明，人声鼎沸，他立刻派了一个教民前去询问对方所为何来。
一会儿，教民回来报告，中国军队是来清剿间谍窝点的，要求教堂里所有人高举双手出来。否则将玉石俱焚。
巴洛特知道事情败露，但他并不肯束手就擒，反而命令所有人拿起武器，准备死守教堂。
片刻后，中国军队就发起了进攻，一边架起格鲁森炮轰击教堂，一边将打湿的棉被铺在铁栏杆上，大批士兵扒着棉被越过了栅栏。
守军在人数上居于极大的劣势，又缺乏有力的重武器，抵挡不住进攻，不得不退入教堂防守，随后中国人又将浸透了煤油的稻草包，点燃后扔进了窗口，并不断扔进火把。
几番烟熏火燎，教堂里面的人实在吃不消，便喊着停一下，停一下。
巴洛特神甫随即亲自出来求和，被带到中国军队的指挥官前，正是徐世昌和马盛治。
巴洛特一身黑色长袍，胸口挂着十字架，见到徐马二人，立刻手划十字，摆出一副迷惑不解的样子，质问道：“这里是教堂，是上帝的子民祈祷的地方。你们为什么要来杀人放火？这是对神的亵渎，是犯罪，是要受诅咒的。”
徐世昌听翻译讲完，笑了起来：“你这个洋鬼子，你就别装了，中法都已经开战好久了，你还摆出一副冤枉相。”
“我虽然是法国人，但我更是上帝的仆人，我到这里来是传递上帝的福音，拯救在罪恶中堕落的人民。我和你所说的中法战争，没有任何关系，这里面的人，也都只是虔诚的教民。据我所知，中国政府并不禁止人们信仰天主教，你这样做已经违反你们自己国家的法律，必须立刻退兵。”
徐世昌听他还在胡扯，不禁大怒：“放你吗的狗臭屁！你他娘的，打着宗教幌子，刺探我军情报，压根就是个间谍头子，还口口声声说自己跟战争没关系。没关系教堂里干嘛有那么多枪？都打死了我们好几个人了，还他妈胡扯什么虔诚的教民。还说什么叫我们退兵的鬼话，要么你是白痴，要么就是拿我当白痴，你觉得我像个白痴吗？像吗？！啊？！”
巴洛特眼看事情不可挽回，只好表示投降，教堂里陆陆续续扔出了一大堆枪支，停止了反抗。
正是徐世昌的仔细谨慎，使涌球的防守少了一个危险的毒瘤，而依靠本地教民组成的法国情报网，也遭到极大的打击。
从11月30日开始，法军不断发动各种小规模进攻，对中国军队的防御体系进行侦察，判断兵力布置以及防御工事密度。
经过了几天的试探，法军意识到必须突破榄山，随后便在榄山前沿构筑重炮阵地，将进攻的重点放到了榄山。
法国陆军的火炮一直是世界强国中首屈一指，法国从拿破仑时代开始就有这方面的传统，拿破仑本人就是炮兵出身。其火炮的优异性能，甚至要超过同一时期的德国陆军。
此时法军的炮兵阵地里，有95毫米1875年型加农炮；80毫米1877年型加农炮；90毫米1877年型加农炮。尤其是120毫米1878年型长身管重型加农炮，威力巨大。
但是这些炮重量太大，比如最轻的80毫米炮为1200公斤，最重的120毫米加农炮，包括前车和弹药车的总重加在一起超过了2700公斤，没有8匹马休想拖动它。
总之这些炮只能作为火力支援，并不适合伴随步兵部队前进，但法军同样也有轻便的火炮，比如哈乞开斯1.65英寸山炮，是今年刚刚定型装备军队，这种炮是未来迫击炮的雏形，威力和射程都相当不错，而且只有167公斤，携带方便，非常适合越南的地理环境。
另外一种，就是哈乞开斯37毫米5管转管机关炮，曾经让黑旗军吃尽了苦头，连陆用炮车在内，重量也只有200公斤。
这两种哈乞开斯公司生产的火炮，构成了法军快速推进时的主力火炮。
从12月5日开始，法军所有的重炮一起开火，对榄山进行了猛烈的轰击。
北宁保卫战正式开始了。