當五月十四日（6月10日）西摩率領的侵略軍向北京進犯時，京津鐵路沿線的義和團首先拆毀部分鐵路，並在沿途伏擊敵人。在義和團的狙擊下，侵略軍進展極為緩慢，四天時間才前進60公裏，到達廊房車站。五月十八日（6月14日）清晨，義和團約三百餘人將廊房車站包圍，他們“奮不顧身，直逼火車，持矛猛觸”，狠狠地打擊了侵略者。二十二日（18日），義和團二千人與董福祥部清軍三千人向廊房車站發起猛烈攻擊，經過兩小時激戰，殺死敵軍五十多名。西摩看到“進京之路，水陸俱窮”，隻好退回楊村，沿北運河向天津逃命，直到三十日（26日）才狼狽地竄回天津租界。這次廊房大捷，打死打傷侵略軍三百人，粉碎了八國聯軍進犯北京的計劃，大大鼓舞了京、津人民抗敵的勇氣。
在天津，義和團和侵略軍的戰鬥，是從五月下旬（6月中旬）開始的。五月二十一日（6月17日）晚上，攻陷大沽炮台的侵略軍由大沽分乘火車開往天津，盤踞老龍頭火車站。二十二日（18日），義和團向老龍頭火車站發起攻擊，殺傷大量敵人，其中二千名俄軍竟死傷五百名之多。此後，義和團在天津火車站和紫竹林租界，與侵略軍展開頑強的爭奪戰。在戰鬥中，義和團表現了義無反顧、置生死於度外的勇敢精神。據記載，他們“遇有戰事，競衝頭陣，聯軍禦以槍炮，死者如風驅草，乃後隊存區區之數，尚不畏死”⑥。從六月十日（7月6日）起，戰鬥愈益激烈，義和團和聶士成所部武衛前軍，連續和敵人苦戰三晝夜。六月十三日（7月9日），侵略軍分兩路向駐守在八裏台的聶士成軍發動攻擊，聶士成率部英勇抵抗，最後身中七彈，壯烈犧牲。這時，清政府已決計投降，急調兩廣總督李鴻章回任直隸總督兼北洋大臣，調四川提督宋慶為幫辦北洋軍務大臣。遵照清廷的旨意，宋慶於六月十四日（7月10日）到達天津後，不是率軍抵抗侵略軍，卻大肆屠殺義和團。由此部分團民被迫撤離天津。六月十八日（7月14日），侵略軍炸開城牆擁進天津城內。義和團和部分清軍臨危不懼，與聯軍展開巷戰和肉搏，許多人壯烈犧牲，後被迫撤離，天津失陷。
在北京，義和團也與侵略者展開了英勇的戰鬥。因為在北京的帝國主義分子分別集中在東交民巷公使館和西什庫天主教北堂內，因此，義和團攻擊的目標也就在這兩個地區。五月十九日（6月15日），義和團和部分清軍開始圍攻西什庫教堂；二十四日（20日），包圍了東交民巷公使館。在這兩處的戰鬥中，義和團同樣表現了英勇無畏的精神。盡管在機槍掃射下，遭到重大犧牲，但他們仍然前仆後繼，奮勇向前，毫不退縮。然而，清政府在把義和團攻擊的矛頭引向公使館後，又很快地出賣了義和團。自五月二十七日（6月25日）起，榮祿即遵照慈禧太後的旨意，對使館明攻暗保，不斷派人去使館慰問，並送去糧食、蔬菜、水果等物。因此，義和團圍攻使館56天、圍攻西什庫教堂63天，都未能攻下。
八國聯軍占領天津後，兵力增至二萬人。七月十日（8月4日），聯軍分兩路，從天津沿運河兩岸向北進犯。這時津、京地區尚有清軍十萬人，但清政府已一意主降，組織不起有效的抵抗；清軍則毫無鬥誌，遇敵退潰。隻有義和團和部分清軍在北倉進行了英勇抵抗，打死打傷侵略軍數百人。十二日（6日），直隸總督裕祿在楊村兵敗自殺。十三日（7日），清政府任命李鴻章為議和全權大臣，決心向侵略者乞和。十五日（9日），原任巡閱長江水師大臣李秉衡奉命統率各地赴京援軍萬餘人在河西務迎戰侵略軍，結果也是一觸即潰，李秉衡自盡。十九日（13日），八國聯軍攻占通州。當晚，日、俄軍隊進抵北京城下。在京的義和團和部分愛國官兵奮起抵抗，激戰一夜，有效地阻止了敵人的進攻。二十日（14日），侵略軍攻入北京城內，清軍大都潰逃，隻有部分愛國官兵與義和團同聯軍展開激烈的巷戰。當晚北京淪陷。二十一日（15日）淩晨，慈禧太後帶領光緒帝及王公大臣倉惶出逃，先至太原，後轉赴西安。
沙俄在參與八國聯軍侵華的同時，又以保護中東鐵路為借口，出兵侵占我國東北地區。光緒二十六年六月十三日（1900年7月9日），沙俄分兵六路向我國東北進犯。至九月九日（10月31日），僅兩個多月的時間，俄國侵略軍就占據了東北的主要城市和鐵路交通線。在侵犯我東北過程中，俄軍所到之處，燒殺搶掠，無惡不作，製造了血洗海蘭泡、江東六十四屯和火燒璦琿城等一係列慘案。麵對俄軍的暴行，東北義和團、各族人民和愛國清軍一起，奮起抗擊，予侵略者以沉重打擊。