八國聯軍占領天津後，兵力增至二萬人，八月四日自天津沿運河兩岸分兵兩路向北京大舉進攻。兩天後，直隸提督裕祿在楊村兵敗自殺。清政府不但不全力抵抗，反而於七日任命李鴻章為議和大臣，乞求停戰，但聯軍對此置之不理。八日李東衡率領的“勤王軍”，在京津之間的河西務一觸即潰，退走通州張家灣，李服毒自殺。十三日，八國聯軍攻占通州。次日，英國攻破廣渠門，北京陷落了。慈禧太後攜帶光緒帝和皇室成員倉皇出京，逃往西安。途中派奕劻和李鴻章為全權大臣，向聯軍乞和。
八國聯軍攻陷北京時，部分愛國清軍和義和團同聯軍展開了激烈巷戰。在北京保衛戰中斃傷侵略軍400餘人，清軍也有640多人戰死。八國聯軍在北京進行瘋狂的燒殺搶掠，繁華的街市成為廢墟，成群的居民被集體射殺。北京“自元明以來之積蓄，上自典章文物，下至國寶奇珍，掃地遂盡”，所失“已數十萬萬不止”。聯軍占領北京後，將全城分為英、日、俄、美、法、意等幾個占領區。為鎮壓當地居民反抗，美占區成立了“協巡公所”；日占區設立“安民公所”；英占區設立“保衛公所”；德占區設立“華捕局”等等。八月德國陸軍元帥瓦德西率兩萬名德軍來華，九月瓦德西任聯軍統帥，十月二十五日瓦德西到京，八國聯軍增至十萬人。十二月十日，聯軍設立“北京管理委員會”，對北京實行殖民統治。聯軍還四處攻掠，北犯張家口、東占山海關，南侵保定、正定，俄國在參加八國聯軍侵略京、津的同時，還單獨出兵，占領了東北三省。
在八國聯軍的一再逼迫下，清政府不得不派全權代表奕劻、李鴻章與英、美、俄、德、日、奧、法、意、西、荷、比等十一國在北京簽訂了《辛醜條約》，以屈辱、賠款等條件與聯軍議和。
列強開辟租界
道光二十二年（1842年）八月，英國迫使清政府簽訂《南京條約》，其中規定開放廣州、福州、廈門、寧波、上海等五處通商口岸，英國人可以攜帶家屬到此居住。次年十月，又簽訂了《虎門條約》（原稱《中英五口通商附粘善後條約》），作為《南京條約》的副件，規定“中方地方官必須與英國管事官各就地方民情，議定於何地方、用何房屋及基地，係準英人租賃”等。英國人不僅獲得在五口租地建房，永久居住的權利，而且還得到片麵的最惠國待遇。
道光二十三年（1843年），英國第一任領事巴富爾到上海，和該地道台宮慕久交涉，租下城外黃浦江邊的130畝荒地作為領事館區域。