攻陷天津城后联军北上，打到北仓，马玉崑在此阻击。马玉崑将军一马当先，手刃日军十几人，然后冲入敌阵，此时他左臂中弹，但仍指挥如故，最终因寡不敌众而撤退。日本人叹曰：“此中国将才！”
攻陷北仓后联军继续北上，8月13日俄军司令李尼维奇令参谋长瓦西里耶夫斯基率部在曾帮助袁世凯练兵的挪威人带领下趁大雨进攻北京，日军攻齐化门（朝阳门）和东直门，美军第14步兵团攻沙窝门（广渠门），英军第12炮兵团攻安定门、正阳门。东直门清军最先投降，但他们挂出白旗后后悔了，于是扯下白旗，继续开炮，使接受投降的日本人死伤不少。最终联军攻入北京。
夜深了，城外的枪炮声一阵阵传入宁寿宫，慈禧看着毫无主见的光绪，不禁浑身颤抖起来，投降吧，已经被激怒的洋人还会让她降吗？逃跑吧，在这兵荒马乱时刻又逃到哪去呢？最后慈禧在两难中还是选择了后者。
慈禧对荣禄说：“事情已闹到这个份上，我想我还是跟皇上暂时先到别的地方避一避，你看还有什么可补救的办法没有？”荣禄道：“依奴才看，太后千万不能离开北京，应当机立断，先发布告，安抚百姓，并将主张与联军开战的大臣处死，然后再向各国求和，这样或许还能稳住大局。太后别着急，现在着手还来得及，不是奴才表功，幸亏奴才手下把外国公使馆保护起来了，否则的话就更不好办了。”慈禧没听他的，最终还是着便装仓皇逃窜。
慈禧刚逃跑，日军就攻入故宫，并予以保护，日军说：“现在要保护好它，因为这在今后将成为我们大日本帝国的一部分。”17日北京城完全陷落，除美军外其余七国都在北京疯狂抢掠。北京陷落前董福祥突围，逃到甘肃。
慈禧刚逃走就对义和团翻脸，向其举起屠刀，华北的义和团在清军与联军剿杀下覆灭。但北京虽至少有8万义和团，而联军来后却无他们一字记载，估计一哄而散了。
七国在北京的暴行是骇人听闻的。美国麦美德记载：“俄军行为极其残暴，法军也好不了多少，日军在残酷的烧杀抢掠，数以百计的妇女和女孩自杀而死，以免落入日军和日本兽军之手，遭受凌辱。在通州一个井里有12个姑娘，在一个大水塘里有位母亲正把她的两个孩子往死里淹，以免死在联军之手。”“人们会说中国是自取其祸，这不是战争，而是惩罚。但是我们为什么还要用使欧洲文明史蒙羞的残暴行为在19世纪最后几页留下污点呢？”
英国人辛普森记载：“法军用机枪把一群拳匪与平民掺杂的中国人逼进死胡同，连续扫射15分钟至不留一人。”“野蛮的印度兵于深夜中闯入妇女所居之屋，抢女人的首饰。”“凶猛的俄国人在满载从颐和园掳掠之物后还要将不便带走的珍贵物品加以破坏。”“各国军队虽服装面貌各异，其实都是盗贼，其行为无非是杀人抢劫。”
日本植松良三的《北京战后记》记载：“中国妇女害怕受凌辱在窗下自尽者不少，未受伤害的都是靠在门口挂一个国家的国旗来苟延残喘。”“日军抢劫时指挥官怀揣北京藏宝图按图索骥。”日军还让犯人站成一排，然后从后开枪，实验一颗子弹能穿透几人，另外，还故意向犯人身体非致命处射击，让犯人身中数弹后痛苦死去。
《中国与联军》中说：“如果抢劫是一种罪行的话，那么各国士兵都毫无例外地失去了体面，他们中所有人都是第一流抢掠能手。由于俄军来自西伯利亚，他们是最野蛮的。”
一名印度士兵在日记中写道：“如果士兵需要一些东西，而中国人稍一迟疑的话就免不了送命。”
瓦德西则说：“沿途房屋未被毁坏者极少，大多变为瓦砾场，中国此次遭受的损失将永远不能查清，但数目必极大无疑，强奸妇女、随意杀人、无故放火也为数不少。”
列宁得知八国联军在京津的暴行后说：“这些胜利与其说是战胜了敌人的正规军，不如说是战胜了中国起义者，更不如说是战胜了手无寸铁的中国人，砍死和屠杀他们，残杀妇孺，更不用说抢劫皇宫（事实上没抢皇宫）、住宅和商店了。而我国政府以及奉承他的报纸却庆祝胜利，欢呼勇敢的军队的新成功，欢呼欧洲文化击败中国野蛮，欢呼俄罗斯文明传播者使命在远东的胜利，这是多么可笑！”
联军攻陷北京后，没来得及逃跑的清朝官员遭到了侮辱，川岛芳子她爸肃亲王被赶去挑大粪、搬石头，礼部尚书怀塔布被叫来拉洋车，洋人时不时还用鞭子打他，怀塔布一面跑着拉车，一面回头笑着说：“老爷别打了，这条路小人一天跑好几趟，不会拉错地方。”
北京一片大乱，此时维新党也没闲着。梁启超给孙中山写信，说以勤王名义起义，推翻清政府，推举光绪为总统，维新党与革命党联合，但孙中山没回信。而孙中山也没有在国难之际救国，而是准备在广东惠州发动起义趁机掀翻清朝，但最终起义泡汤了。