1900年8月4日，八国联军2万人自天津沿河两岸向北京进犯。当时，北京和京津间清军达10万人，其中“勤王师”3万人，驻京武卫军、甘军、虎神营等3万人，从天津撤退的宋庆、马玉昆部1万多人，加上直隶练军等共200余营。5日，义和团和马玉昆部在北仓阻击联军，打死打伤日军400多人、英军120人。血战多时，北仓失守，裕禄败走杨村。
6月联军攻杨村，清军刚一交锋，便溃阵而逃，宋庆、马玉昆旋即北逃通州。此时，裕禄仅率少数随从，驻扎于杨村附近的蔡村，最后无奈而自杀。
同日，帮办武卫军事务大臣李秉衡临危受命，率几个幕僚和数百义和团出京御敌，名为节制4军（张春发、万本华、夏辛酉、陈泽霖），实无一兵应命。7日，李秉衡行抵马头，会夏辛酉军，随即进驻河西务。9日，马玉昆部逃到河西务，声言敌众我寡，势不可挡，李秉衡劝其同抗敌，马玉昆没有听从，继续向南苑逃去。张春发、万本华两军已抵河西务，联军尾随马玉昆攻河西务，李秉衡急督军阻击。张春发未见敌即逃，万本华、夏辛酉军战败，河西务失陷，李秉衡退至马头。时宋庆、马玉昆等败军数万汹涌溃退，充塞道路，难以阻遏。陈泽霖军不战自溃，逃至济宁；万本华军溃而北逃向山西；夏辛酉军溃而南，逃向山东。
10月，李秉衡退至通州张家湾。11日，联军逼进张家湾，李秉衡自尽殉国，张家湾为联军所占。12日，联军侵占通州，宋庆闻风而逃。
俄军曾与各军约定15日会攻北京，但为抢“首功”，13日夜，俄军背约首先进攻北京东便门，遭到甘军和团民坚强抵抗，战斗非常猛烈，14日两点，俄军攻占东便门城门，随即进攻内城建国门，甘军在城墙上向俄军猛烈开火，击毙击伤俄军甚多，击毙团长安丘科夫上校，重伤直隶司令官华西里耶夫斯基将军。激战到下午，俄军才攻入内城，俄军抢先进攻后，日军立即攻打朝阳门、东直门，在朝阳门遭到甘军顽强抵抗，从清晨打到黄昏，日军才攻占朝阳门。英军在俄、日两军进攻之后，攻广渠门，守兵先已溃逃，英军于下午两点首先侵入北京城，并从水洞爬进东交民巷使馆区。法、美等国军队也相继侵入北京城。荣禄率领的武卫中军及神机、虎神等营清兵数万早作鸟兽散。义和团与旗兵在宫门外联合抗击侵略军。
15日凌晨，西太后挟光绪帝，带着溥仪等微服出德胜门西逃，随行者仅载漪、刚毅等10余人，护卫清军100人。16日，紫禁城失陷。
八国联军占领北京后，对北京居民进行了残暴的屠杀和抢劫。侵略军日夜包围各坛口，搜捕屠杀义和团。仅庄王府一处，就杀死烧死了1700多团民。侵略军不仅在大街小巷“逢人即发枪毙之”，且闯进民宅乱杀乱砍。11国使馆成员也参加了屠杀，并以杀人数目互相炫耀。京内尸积遍地，腐肉白骨纵横。联军在京到处烧房，凡设过拳坛的王公府抵、寺院和民宅，“皆举火焚之”。大批珍贵图书档案被焚烧。联军还到处奸淫妇女，屠杀幼童。联军占领北京之后，曾特许军队公开抢劫3日，后又以捕拿义和团搜查军械为名继续行抢。传教士、使馆官员也趁火打劫，大发横财。于是，皇宫、官衙、王府、宫抵、商店、当铺、钱庄、民宅皆被洗劫一空。
11月17日，联军总司令瓦德抵京。12月10日，联军设立“北京管理委员会”，在北京实行军事殖民统治。