事件最終演變為國際軍事沖突，在事件平息之前，約有45,0001名來自日本、美國、奧匈帝國、英國（英軍中包括英在威海衛訓練的由中國人組成的中國兵團）、法國、德國、意大利及俄國的八國聯軍以及反抗拳亂的中國軍隊與義和團拳民對戰。聯軍的指揮官是英國人Gaselee將軍。就在清政府向十壹國宣戰之前，聯軍早於6月17日攻占大沽炮臺。7月14日，聯軍占領了天津；直隸總督裕祿兵敗後自殺。聯軍在8月4日向北京進發，沿途並沒有遇到真正有力的抵抗。當時沿途的清兵和義和拳民估計有15萬之多，而聯軍總數開始時僅3萬多人（後來有所增加）。時值8月，氣候炎熱而潮濕，加上沿途濃密的玉米地形成天然屏障，為進軍增添了種種困難。聯軍於8月14日淩晨來到北京城外，經兩天的激戰，到8月15日逐步攻占了北京各城門，隨即與清軍在京城各處展開巷戰。至8月16日晚，八國聯軍已基本占領北京全城。慈禧及皇室在北京陷落之後逃到西安。
在美國的歷史記載裏，稱這次軍事解除公使館危機行動為中國解救遠征，中國則稱之為八國聯軍侵華戰爭。
八國聯軍進入紫禁城
德軍在北京陷落之後兩個月才到達中國。他們因為熱切執行德皇威廉二世7月2日發布的命令：「妳們知道，妳們面對壹個狡猾的、勇敢的、武備良好的和殘忍的敵人。假如妳們遇到他，記住：不要同情他，不要接收戰俘。妳們要勇敢地作戰，讓中國人在壹千年後還不敢窺視德國人,四出擄掠，而備受批評。威廉二世的這段講話是對5世紀匈奴入侵歐洲的回憶。後來這段話也在第壹次世界大戰中被英國人借用來貶損他們的德國敵人。
俄國除了與隨聯軍進攻北京外，更另外從南北兩路派二十餘萬人進占中國東北。北路俄軍8月攻占黑龍江省城齊齊哈爾，9至占領吉林省城吉林；南路8月占據營口，10月占領沈陽，10月6日兩軍會師，占據了東北全境。
8月中從天津進至北京的部隊其實只有七國（當中兩國只為象徵式的掌旗兵）約壹萬六千人，分別為：日軍八千人，俄軍四千八百人，英軍（主要為錫克兵）三千人，美軍二千壹百人，法軍八百人，奧軍五十人，意軍五十三人。