La decisión de invadir Vietnam fue tomada por Napoleón III en julio de 1857. Fue el resultado no sólo de la propaganda misionera, sino también, después de 1850, del auge del capitalismo francés, que generó la necesidad de mercados de ultramar y el deseo de una mayor participación francesa en los territorios asiáticos conquistados por Occidente. El comandante naval en Asia Oriental, Rigault de Genouilly, que durante mucho tiempo defendió la acción militar francesa contra Vietnam, recibió la orden de atacar el puerto y la ciudad de Tourane (Da Nang) y convertirla en una base militar francesa. Genouilly llegó a Tourane en agosto de 1858 con 14 barcos y 2.500 hombres; los franceses asaltaron las defensas del puerto el 1 de septiembre y ocuparon la ciudad un día después. Sin embargo, Genouilly no tardó en darse cuenta de que no podía seguir avanzando alrededor de Tourane y decidió atacar Saigón. Dejando una pequeña guarnición para mantener Tourane, navegó hacia el sur en febrero de 1859 y tomó Saigón dos semanas más tarde.
La resistencia vietnamita impidió a los franceses avanzar más allá de Saigón, y las tropas francesas, bajo un nuevo mando, tardaron hasta 1861 en ocupar las tres provincias adyacentes. Los vietnamitas, incapaces de oponer una resistencia eficaz a los invasores y a su avanzado armamento, firmaron un tratado de paz en junio de 1862, por el que cedían a Francia los territorios conquistados. Cinco años más tarde, otros territorios del sur quedaron bajo dominio francés. Toda la colonia recibió el nombre de Cochinchina.
Los franceses tardaron algo más de ocho años en hacerse dueños de Cochinchina (ya se había impuesto un protectorado en Camboya en 1863). Tardaron 16 años más en extender su control sobre el resto del país. Hicieron un primer intento de entrar en el delta del río Rojo en 1873, después de que un oficial de la marina francesa y explorador llamado Francis Garnier demostrara, en una peligrosa expedición, que el río Mekong no podía servir como ruta comercial hacia el suroeste de China. Garnier contaba con cierto apoyo del gobernador francés de Cochinchina, pero cuando murió en una batalla con piratas chinos cerca de Hanoi, el intento de conquistar el norte se vino abajo.
En una década, Francia había vuelto a plantear el reto. En abril de 1882, con la bendición de París, la administración de Saigón envió una fuerza de 250 hombres a Hanoi bajo el mando del capitán Henri Rivière. Cuando Rivière murió en una escaramuza, París se movilizó para imponer su dominio por la fuerza en todo el delta del río Rojo. En agosto de 1883, la corte vietnamita firmó un tratado que convertía el norte de Vietnam (llamado Tonkin por los franceses) y el centro de Vietnam (llamado Annam, basado en un antiguo nombre chino de la región) en protectorados franceses. Diez años más tarde, los franceses anexionaron Laos y lo añadieron a la llamada Unión Indochina, que los franceses crearon en 1887. La unión estaba formada por la colonia de Cochinchina y los cuatro protectorados de Annam, Tonkin, Camboya y Laos.