1900年8月15日，俄、英、美、日、德、法、意、奥八国联军，以镇压义和团、保护大使馆为由，攻进了北京。
随着义和团运动在直隶和京津地区的迅猛发展，帝国主义加紧胁迫清政府予以镇压。1900年4月，当义和团运动刚在北京近郊发展的时候，俄国驻华公使格尔思就向清政府提出，要趁义和团“还没有强固和还没有在集于北京周边部署的大队士兵中获得信徒时，有力地将他们镇压下去。”美、英、法、德四国公使也联合照会清政府，限“两月以内，悉将义和田匪一律剿除，否则将派水陆各军驰入山东、宜隶两省，代为剿甲”。4月12日，俄、英、美、法等国舰队聚集大沽口，再次照会清政府，“若两月以内不能镇抚，则各国联合以兵力伐之”。5月间，义和团在京、津一带迅猛发展，越来越多的清军士兵激于民愤大义开始同情并参加义和团，以端王载漪为首的顽固排外势力在清政府内部已占上风。各国公使眼看清政府已经无法控制形势，总理衙门再也无力说服朝廷采取严厉的镇压措施，便策划直接出兵干涉，并在5月28日各国驻华公使会议上正式议定联合出兵镇压义和团。5月30日至6月2日，各国侵略军400多人，以保护使馆为名，陆续由天津乘火车开到北京，进驻东交民巷。集结在大沽口外的俄、英、日、美、法、意等国的军舰有24艘，聚集在天津租界的侵略军也有2000多人。6月6日前后，驻华公使们议定的联合侵华政策相继得到各自政府的批准。10日，俄、英、美、日、德、法、意、奥八国拼凑2000多人，在英国海军中将西摩率领下，乘火车由天津向北京进犯。
八国联军向北京进犯时，义和团和清军沿途拆除铁轨，不断进行拦截。12日，西摩正率军在落垡附近抢修铁路，遭到义和团袭击。他留下一部分人守落垡，其余向廊坊车站窜犯。14日晚上，西摩率部刚刚到达廊坊，义和团300多人随即将其包围。18日，董福祥的甘军与团众一起猛攻车站，杀伤敌军多人。西摩被迫率部逃奔杨村车站，当天晚上，又被聂士成的武卫前军和当地团民围攻，死伤近40人，19日，西摩率部沿运河向天津撤退，沿途不断遭到义和团的袭击，至22日才到达天津西沽，占据军械局。25日，2000多名俄、英侵略军到达西沽，把西摩的这批残兵败将接回天津租界。在这场阻击战中，中国军民打死侵略军62人，打伤228人，粉碎了西摩联军进犯北京的计划。
当西摩联军在廊坊遭到阻击时，列强就策划发动更大规模的军事行动。15日，接替西摩任舰队司令联席会议主席的沙俄海军中将希尔德布兰特连日召开会议，决定于17日凌晨夺取大沽炮台，打通津沽铁路，为入侵天津、北京建立一个滩头阵地。
侵略军夺占大沽炮台是经过周密部署的。6月15日，日军300名占领塘沽火车站，另一支法军强占军粮城，控制了津沽铁路。16日下午，以英国海军中校克拉达克为指挥，由英、日、俄、德等国海军约1000人组成的突击队，偷偷登陆，埋伏在大沽炮台后侧，各国浅水炮艇、鱼雷艇8艘，于黄昏时驶入海河；另有军舰20多艘开往拦港沙外炮台火力够不到的地方停泊。黎明前，联军突击队在军舰炮火掩护下，向炮台发起总攻。
大沽炮台守军二、三千人，英勇抵抗敌军进攻，开炮击伤敌舰6艘，击毙日本海军大佐以下敌军多名，但炮台将士缺乏实战经验，弹药库又为敌炮火完全摧毁；叶祖圭贪生怕死，投降敌人，裕禄以兵力不足，“力顾津郡”为借口，没有拨兵驰援；大沽炮台在鏖战6小时、将士死亡三分之一的情况下，于17日晨6时30分失守，通往天津的道路被打开。
侵略军攻占大沽炮台后，随即占领附近的塘沽、新河等村镇，大肆烧杀。塘沽原是一千有5万多居民的集镇，被敌军烧杀3天3夜，变成废墟。新河原是1000多户的大村，被焚掠后，居民逃避一空。
外国军舰云集大沽以及联军在天津租界集结，进一步激发了天津人民的斗志。6月14、15日，义和团焚毁仓门口、镇署南、望海楼等处教堂。盘踞老龙头火车站的俄军开炮干涉，造成大量伤亡，更激起群众的愤怒。义和团首领曹福田联合刘呈样等率领的天津父和团，进攻车站和紫竹林租界，从海河东、西两岸把这两处地方包围起来，揭开了天津战斗的序幕。他们破坏铁路，阻击从大沽来援的敌军，日日夜夜浴血奋战，17日，侵略军攻占大沽炮台的消息传到天津，聂士成所部清军也参加战斗，开炮轰击租界。
由八国联军组成的特遣军在西摩统率下向北京的进犯，使清朝统治者十分不安，同时激起群众对侵略者的无比愤怒。在清政府默许下，北京义和团于6月13日由崇文门进入内城，天津义和团进入天津城的时间比北京更早些。义和团进入京、津后，声势更大，清政府无法控制局势。大沽失守的消息传到北京后，清政府于21日颁布谕旨向各国宣战。义和团已于前一天开始与清军联合围攻北京各国使馆。
各国海军占领大沽炮台后，多次派援军解救被围在天津租界的约2100名侵略军，企图与他们会合，6月21日，义和团和清军击退俄、美军队500人的进攻。23日，俄、英、德、美军队2000人在沙俄少将斯捷谢利率领下闯入租界，英、美等国军队又接踵而至，人数增加到8000人以上。西摩联军逃回租界后，天津敌军总数超过1万人。
联军占领天津后，对什么时候向北京进攻争吵不休。英、日、美等国主张及早出发，沙俄主要力量在攻占东三省，它企图尽量推迟进攻北京，以讨好西太后。从7月下旬到8月初，联军开会多次，最后由于英、美等国的坚持，决定8月4日为向北京进犯的日期。进攻北京的联军约2万人，以日、俄两国人数最多，日军8000名，俄军4800名，英军3000名，美军2000余名，法军400名，意、奥军不满100名，德国没有参加。由于当时没有确定统帅，议定由各国司令官每晚例会时决定第二天的军事行动。
联军分两路沿北运河北犯，日、英、美军提任右翼，沿运河西岸行进，俄、法、意、奥军任左翼，沿运河东岸前进。清军为阻挡敌军推进，在北仓修筑阵地，并决堤放水，淹没西沽、北仓间的广阔地段，有的地方还布了水雷，埋了地雷。5日，联军以日军为主，进攻北仓。清军义和团奋力抗拒，毙伤敌军400余人，北仓失陷。担任联军情服官的英国天津卫理公会教士宝复礼供认，由于他网罗了一批汉奸充当密探，替联军搜集关于北仓清军人数、炮位、壕堑、埋雷地点等情报，极大地便利了侵略军攻占北仓。
6日，英、俄、美军联合进攻杨村，清军应战失利，裕禄自尽。
据李鸿章奏折中称：顺直地方，“各国联军四散屯布，每借樵苏之便，三五成群，于驻军所在30、50里村庄，肆行淫掠；甚至分往各州县，逼勒官绅，需索牛马、米面、果品、皮衣、数盈千万；又拷逼现银，多则三、五万两，少亦三、四千两，皆令苛派民间，否则燔烧官舍民房，杀戮官吏良民，以相挟制。境内当典盐行，概遭劫夺，鲜幸免者，实与流寇无殊。”除侵略军的官兵外，外交官、教士，甚至侨民统统参加了对北京的大劫掠。
侵略者以多杀人为快事。法军一次把无辜百姓逼到一个死胡同里，用机枪扫射10多分钟，直到百姓全部死亡。侵略军的大抢劫、大烧杀、大破坏，给中国人民带来深重的灾难。直隶全省几乎尽遭蹂躏。在行军线上或者靠近军线的村庄以及很大一部分较为重要的城镇，完全被摧毁了。北京大片大片的地区成了瓦砾堆。天津有三分之一被烧毁。在通州这个有8万人口的、有城墙的城镇，几乎没有一座房子是完整无损的。
帝国主义占领北京后，将该城分为英、俄、日、美、德、法、意等几个占领区，实行军事统治。他们掠劫居民，镇压百姓反抗。无耻官僚如恽毓鼎、曾广銮、瑞激等，甘为鹰犬，替侵略者效劳。他们在美国占领区成立“协巡公所”，德占区设“华捕局”，日占区设“安民分所”，英占区设“保卫公所”，帮助侵略者维持“秩序”。俄、日等占领军，到处张贴禁止群众反抗的布告。
八国联军侵占北京后，英、德、俄、法等继续派遣部队，四出攻城掠地。9月间，沙俄军队沿京榆线占领北塘、唐山、秦皇岛等地，控制北京、天津、山海关铁路。瓦德西统率德军2万名到华后，任联军统帅。10月中，他派德、英、法、意军队从北京天津分两路进攻保定。到1901年4月，联军共组织46起“讨伐队”（其中33起为德军）四出侵扰，西到直晋边境的娘子关、紫荆关，西北到张家口，南到直鲁边境，焚烧掳掠，对中国人民犯下了滔天罪行。
1900年8月14日，慈禧太后为了勾结帝国主义以对付义和团，便任命李鸿章为议和全权大臣，从广东进京与西方八国列强谈判。8月24日，她又发布上谕，允准李鸿章自行行事，会同庆亲王奕斤迅速办理“和局”。慈禧太后为求得帝国主义列强对她的“宽恕”，同时发布“剿匪”上谕，正式“痛剿”义和团。9月25日又宣布惩处放任义和团的载漪、载勋、刚毅、赵舒翘等亲贵重臣，并加派亲英国和日本的刘坤一、张之洞，参与谈判。12月24日，11个国家（除武装入侵的八国外，还有比利时、西班牙、荷兰）联合提出《议和大纲》12条。1901年9月7日，奕斤和李鸿章才代表清政府，与英、法、日、俄、德、美、意、奥、西、比、荷等11国的代表，在最后议定协定书上签字，这个协定书也就是《辛丑条约》。
