攻陷天津城後聯軍北上，打到北倉，馬玉崑在此阻擊。馬玉崑將軍一馬當先，手刃日軍十幾人，然後衝入敵陣，此時他左臂中彈，但仍指揮如故，最終因寡不敵眾而撤退。日本人歎曰：“此中國將才！”
攻陷北倉後聯軍繼續北上，8月13日俄軍司令李尼維奇令參謀長瓦西裏耶夫斯基率部在曾幫助袁世凱練兵的挪威人帶領下趁大雨進攻北京，日軍攻齊化門（朝陽門）和東直門，美軍第14步兵團攻沙窩門（廣渠門），英軍第12炮兵團攻安定門、正陽門。東直門清軍最先投降，但他們掛出白旗後後悔了，於是扯下白旗，繼續開炮，使接受投降的日本人死傷不少。最終聯軍攻入北京。
夜深了，城外的槍炮聲一陣陣傳入寧壽宮，慈禧看著毫無主見的光緒，不禁渾身顫抖起來，投降吧，已經被激怒的洋人還會讓她降嗎？逃跑吧，在這兵荒馬亂時刻又逃到哪去呢？最後慈禧在兩難中還是選擇了後者。
慈禧對榮祿說：“事情已鬧到這個份上，我想我還是跟皇上暫時先到別的地方避一避，你看還有什麼可補救的辦法沒有？”榮祿道：“依奴才看，太後千萬不能離開北京，應當機立斷，先發布告，安撫百姓，並將主張與聯軍開戰的大臣處死，然後再向各國求和，這樣或許還能穩住大局。太後別著急，現在著手還來得及，不是奴才表功，幸虧奴才手下把外國公使館保護起來了，否則的話就更不好辦了。”慈禧沒聽他的，最終還是著便裝倉皇逃竄。
慈禧剛逃跑，日軍就攻入故宮，並予以保護，日軍說：“現在要保護好它，因為這在今後將成為我們大日本帝國的一部分。”17日北京城完全陷落，除美軍外其餘七國都在北京瘋狂搶掠。北京陷落前董福祥突圍，逃到甘肅。
慈禧剛逃走就對義和團翻臉，向其舉起屠刀，華北的義和團在清軍與聯軍剿殺下覆滅。但北京雖至少有8萬義和團，而聯軍來後卻無他們一字記載，估計一哄而散了。
七國在北京的暴行是駭人聽聞的。美國麥美德記載：“俄軍行為極其殘暴，法軍也好不了多少，日軍在殘酷的燒殺搶掠，數以百計的婦女和女孩自殺而死，以免落入日軍和日本獸軍之手，遭受淩辱。在通州一個井裏有12個姑娘，在一個大水塘裏有位母親正把她的兩個孩子往死裏淹，以免死在聯軍之手。”“人們會說中國是自取其禍，這不是戰爭，而是懲罰。但是我們為什麼還要用使歐洲文明史蒙羞的殘暴行為在19世紀最後幾頁留下汙點呢？”
英國人辛普森記載：“法軍用機槍把一群拳匪與平民摻雜的中國人逼進死胡同，連續掃射15分鍾至不留一人。”“野蠻的印度兵於深夜中闖入婦女所居之屋，搶女人的首飾。”“凶猛的俄國人在滿載從頤和園擄掠之物後還要將不便帶走的珍貴物品加以破壞。”“各國軍隊雖服裝麵貌各異，其實都是盜賊，其行為無非是殺人搶劫。”
日本植鬆良三的《北京戰後記》記載：“中國婦女害怕受淩辱在窗下自盡者不少，未受傷害的都是靠在門口掛一個國家的國旗來苟延殘喘。”“日軍搶劫時指揮官懷揣北京藏寶圖按圖索驥。”日軍還讓犯人站成一排，然後從後開槍，實驗一顆子彈能穿透幾人，另外，還故意向犯人身體非致命處射擊，讓犯人身中數彈後痛苦死去。
《中國與聯軍》中說：“如果搶劫是一種罪行的話，那麼各國士兵都毫無例外地失去了體麵，他們中所有人都是第一流搶掠能手。由於俄軍來自西伯利亞，他們是最野蠻的。”
一名印度士兵在日記中寫道：“如果士兵需要一些東西，而中國人稍一遲疑的話就免不了送命。”
瓦德西則說：“沿途房屋未被毀壞者極少，大多變為瓦礫場，中國此次遭受的損失將永遠不能查清，但數目必極大無疑，強奸婦女、隨意殺人、無故放火也為數不少。”
列寧得知八國聯軍在京津的暴行後說：“這些勝利與其說是戰勝了敵人的正規軍，不如說是戰勝了中國起義者，更不如說是戰勝了手無寸鐵的中國人，砍死和屠殺他們，殘殺婦孺，更不用說搶劫皇宮（事實上沒搶皇宮）、住宅和商店了。而我國政府以及奉承他的報紙卻慶祝勝利，歡呼勇敢的軍隊的新成功，歡呼歐洲文化擊敗中國野蠻，歡呼俄羅斯文明傳播者使命在遠東的勝利，這是多麼可笑！”
聯軍攻陷北京後，沒來得及逃跑的清朝官員遭到了侮辱，川島芳子她爸肅親王被趕去挑大糞、搬石頭，禮部尚書懷塔布被叫來拉洋車，洋人時不時還用鞭子打他，懷塔布一麵跑著拉車，一麵回頭笑著說：“老爺別打了，這條路小人一天跑好幾趟，不會拉錯地方。”
北京一片大亂，此時維新黨也沒閑著。梁啟超給孫中山寫信，說以勤王名義起義，推翻清政府，推舉光緒為總統，維新黨與革命黨聯合，但孫中山沒回信。而孫中山也沒有在國難之際救國，而是準備在廣東惠州發動起義趁機掀翻清朝，但最終起義泡湯了。