清朝对十一国宣战
被炮击后的天津城墙
八国联军进入天津时的城门
被八国联军摧毁的天津火车站
联军进入北京通过的水门
海兰泡惨案中，俄军绑缚中国人准备屠杀
6月21日，慈禧太后以光绪帝的名义发布上谕（宣战诏书），号召全国军民抵抗外国人[注 2]；同时，还悬赏捕杀洋人：“杀一洋人赏五十两、洋妇四十两、洋孩三十两”[16]。义和团及官军（主要为荣禄手下之甘军）开始围攻使馆区。
6月23日，联军自大沽登陆，解西摩尔之围。
6月25日，清廷当权派载漪、载勋、载濂、载滢等率拳民六十多人奔瀛台欲弑光绪帝，为慈禧太后所阻而未果。慈禧太后谕荣禄停攻使馆，并送蔬果食物等往使馆慰问。
6月27日，300多名威海卫华勇营代表英军对华作战，攻占了北洋军的军火库，并在7月9日攻占了海关署的军火库；7月13、14二日与联军会合占领了天津城，随后又直扑北京，随联军参加了解救公使馆区的一系列战斗[17][18]。
6月28日，清军复攻使馆。
7月9日，聂士成于天津城南战死。14日，联军占领天津；直隶总督裕禄兵败自杀。
7月14日，天津城失守，八国联军占领天津后成立天津地区临时军政府，管理天津。由此，天津经历了长达两年的外国军队占领时期（直到1902年8月15日，清政府代表袁世凯接管天津政权为止）。
7月16日，俄军于黑龙江海兰泡越境，悉数屠杀清民六千多人，史称海兰泡惨案。
7月26日，慈禧太后以李秉衡掌京郊武卫军，防守京畿。
7月28日，主和的大臣许景澄及袁昶被处死。
8月2日，联军集兵二万自天津沿运河两岸进发；4日进逼北京，尽管当时京津之间的清军及拳民合计有15万之多，但联军沿途并未遭遇强力抵抗。不过时值仲夏，气候炎热潮湿，加上沿途浓密的玉米田地形成天然屏障，为联军进军增添了困难。
8月11日，清廷处死主和的大臣联元、立山及徐用仪。李秉衡兵败退于通州自杀。
主条目：北京之战 (1900年)
8月14日凌晨，联军英、美、法、俄、日五国来到北京城外，发起总攻击——俄军攻东直门，日军攻朝阳门，美军攻东便门。俄军与日军面对的城墙较高，且遭遇的抵抗较强，各自阵亡了约100人；而美军进攻的东便门城墙较低，且离清军火力较远。上午11时，美军使用云梯，让第九步兵队带着星条旗爬上城墙，成为最先攻入外城的部队；美军虽入外城，但被清军的炮火压制，难以继续前进。英军中午始达北京，攻广渠门，至下午2时许攻入。晚上9时，俄、日军分由东直、朝阳二门突入。15日，联军逐步攻占北京各城门，与清军在城内展开巷战；至当晚，联军已基本占领全城。