1900年8月14日淩晨，八國聯軍對北京發動總攻。俄軍攻東直門，日軍攻朝陽門，美軍攻東便門。上午11時東便門被攻破，部分美軍最先攻入外城。英軍中午始達北京，攻廣渠門，至下午2時許攻入。晚9時，俄、日軍各自由東直、朝陽破門而入。
英人當日記道：“日本人和俄國人所面對的滿城城墻，高六十英尺。頂部寬四十英尺，”“城墻的頂上聚集著軍隊，這兩支軍隊整天都被阻截住。作了無數次用強烈棉炸藥轟開城門的努力，但是，每次派人去點燃引信時都被打倒了。這樣持續到日本人和俄國人都各遭到了壹百人被打死的損失。”美軍攻打東便門時，“城墻只有三十英尺高，九英尺寬”，且“離中國人的火力較遠”。於是美軍“決定從城墻的角上用梯子爬上去，第九步兵隊壹些人帶著星條旗爬了上去”。不過，雖然這是首先進入北京外城，“他們暴露在從滿城城墻上射來的令人苦惱不堪的炮火之下”。中午，英軍向宣武門沖擊前進，“在十到十二發炮彈放出之後，城門就打開了”。
15日，八國聯軍向北京內城及紫禁城進攻，美國人說：“已經決定攻打皇城，沙飛將軍就命令美軍在前門集中。在十五日早晨七點三十分左右，在前門上面內城城墻上架了四門大炮，”“三門大炮瞄準西邊壹又四分之壹英裏的順治門，敵人的步兵和可憐的炮兵正在那兒開火。另壹門炮正對準皇城。”當聯軍沖開天安門向皇城的第二道城門進攻時，“遭到城墻上、城樓上猛烈火力的攻擊”。這日，炮聲不絕，齊向內城轟擊。美軍在正陽門上發炮，前三門內火煙滾滾。及夜，北望城內，半天通紅，照耀如晝。深夜子時，“聞排槍不絕，正官兵在天安門接仗”，“以洋兵炸炮力猛，勢遂不支，收隊入午門”。清軍虎神營守後門、景山壹帶，列陣而待，黎明之時，“與洋兵鏖戰許久，陣亡士卒甚多，屍橫遍地。炮火來去，將後門轟毀，波及兩旁房屋，盡成劫灰”。守安定門的是前吉林將軍延茂，知大勢已去，遂下城。“於是京師內九門全為英、日、美、俄四國所得，而樹其旗幟矣”。清軍在各街道與聯軍巷戰，聯軍與清軍交戰壹日，彼此均不甘休，日、俄、英各軍漸漸驅逐清兵退至西北兩方。美軍則帶炮兵進攻皇城南門，“當即毀去數門”。
16日，清軍繼續在京城各處激烈巷戰，目擊的美國人說：“有數千人自前日下午，已藏於宮墻之內，以候機會。中國槍彈亦甚猛烈，予由破裂傾斜之門跑進，心中跳動不已。”“有中國死屍在地，此皆性質堅毅，遇攻不退，死而猶烈者也。”法國大主教樊國梁當日記道：“街上防壘甚多，皆以米袋為之。除拳匪及屋內官兵不計外，街上駐守之官兵其數至少也達壹千五百，皆持快槍。”
早7時，日兵、法兵救援西什庫教堂，在西華門與清兵激戰，清兵戰死800人，法兵死2人，傷3人。10時許，法公使、提督皆在西什庫教堂與樊主教相見，“互慶余生，擁抱為禮”。該教堂被圍兩月余，“***死教民四百人，地雷炸死小孩七十六口，法兵死十人，意兵死五人。”至晚間，八國聯軍占領北京全城。
各國司令官“特許軍隊公開搶劫三日”，北京陷於空前的痛苦之中，這是中國首都數百年來首次為外國占領軍洗劫。
日本人植松良二之現場報導說：“巍然之櫓樓，為聯軍擊碎燒棄，已失數百年來巍奐之美觀，舊跡留者，僅壹二耳。城內外慘遭兵燹，街市毀失，十分二三。居民四面逃遁，兄弟妻子離散，面目慘淡。貨財任人掠奪者有之，婦女任人淩辱音有之，不能自保。此次入京之聯軍，已非復昔日之紀律嚴明。將校卒軍士，軍士約同輩，白晝公然大肆掠奪，此我等所親見。計京城內富豪大官之居宅，竟無壹遭此難者，決非過論。”“並將內外銀庫所貯銀兩，及錢法堂存貯新鑄制錢數百萬串，祿米等倉存貯米石，均皆搬運壹空。”“並聞內廷各宮殿及頤和園內陳設，均已搜掠罄盡雲。”
時人報道說，各國洋兵“俱以捕拿義和團、搜查軍械為名，三五成群，身跨洋槍，手持利刃，在各街巷挨戶踹門而入。臥房密室，無處不至，翻箱倒櫃，無處不搜。凡銀錢鐘表細軟值錢之物，劫擄壹空，謂之擾城。稍有攔阻，即被戕害”。瑞澄在家書中稱：“各國洋兵已滿九城，火光沖天者三日夜，地安門橋以南燒盡，西四至西單燒盡，朝陽門樓、前門樓均燒化為烏有。”
瓦德西給德皇報告稱：“所有中國此次所受毀損及搶劫之損失，其詳數將永遠不能查出，但為數必極重大無疑。”“又因搶劫時所發生之強奸婦女，殘忍行為，隨意殺人，無故放火等事，為數極屬不少，亦為增加居民痛苦之原因。”
聯軍洗劫紫禁城、三海、皇史城、頤和園等。天壇損失祭器1148件，社稷壇損失祭器168件，嵩祝寺丟失鍍金佛3000余尊、銅佛50余尊、磁佛13尊、磁瓶12對、鍍金器物40件、銀器7件、銅器4300余件、錫器58堂件、幢幡70堂首、錦緞繡品1400余件、竹木器110余堂份、墨刻珍品1600余軸、樂器100余件。六部九卿等各衙署俱被各國軍隊占為營房，瘋狂洗劫。鑾駕庫丟失輦乘21乘、鑾駕1373件、車轎12件、玉寶2件、皇妃儀杖282件、皇嬪彩杖84件、新舊雲盤傘各1件、錦緞旗面133件、象牙9只、象鞍2盤、戰鼓2面、更鐘2架、靜鞭2件以及隨什物若幹。翰林院丟失數萬冊經史典籍，《永樂大典》又失去307冊，錢法堂的數萬串新鑄銅錢、太常寺的金鋼祭器、光祿寺的金銀餐具，均被洗劫壹空。日軍從戶部銀庫搶走300萬兩銀子和無數綾羅錦緞，從內務府搶走32萬石倉米和全部銀兩。僅各處庫款所失約計銀6000萬兩，其它典章文物、國寶奇珍的價值難以估算。
各王公府第也極力誘人。法軍從禮王府搶走銀子Z00余萬兩和無數古玩珍寶，又從立山家裏搶走365串朝珠和約值300萬兩白銀的古玩。日軍從寶均府中搶走藏在井中的30萬兩白銀，據內務府奏：“皇宮失去寶物2000余件，內有碧玉彈24顆、四庫藏書47506本、金時辰鐘2具、李廷圭墨1臺、琬挺大屏4扇、玉馬1匹、《發逆璽印》1本、真墨晶珠1串、發逆林鳳翔、洪宣嬌牙齒l合。至於民居、商號、店鋪受損無從估計。入城之初，八國聯軍即包圍各壇口搜捕義和團，僅在莊王府壹處即殺團民1700多名，甚至凡遇中國人就放槍擊殺。法軍將壹群中國人逼到壹條死胡同裏掃射15分鐘，直到沒有壹個活人為止，使館人員也以個人為快事，進行殺人競賽。北京街頭屍積如山，聯軍驅逐華人清理處屍後，又把清理者全部擊斃。