了北京各城门，随即与清军在京城各处展开巷战。至8月16日晚，八国联军已基本占领北京全城。而慈禧及皇室在北京陷落之前已出逃西安。
在美国的历史记载里，称这次军事行动为中国解救远征，中国则称之为八国联军侵华战争。
【八国联军进入紫禁城】
德军在北京陷落之后两个月才到达中国。他们因为热切执行德皇威廉二世7月2日发布的命令：“你们知道，你们面对一个狡猾的、勇敢的、武备良好的和残忍的敌人。假如你们遇到他，记住：不要同情他，不要接收战俘。你们要勇敢地作战，让中国人在一千年后还不敢窥视德国人。”威廉二世的这段讲话是对5世纪匈奴入侵欧洲的回忆。後来这段话也在第一次世界大战中被英国人借用来贬损他们的德国敌人。德军因四出掳掠，而倍受批评。
俄国除了与随联军进攻北京外，更另外从南北两路派二十余万人进占中国东北。北路俄军8月攻占黑龙江省城齐齐哈尔，9至占领吉林省城吉林；南路8月占据营口，10月占领沈阳，10月6日两军会师，占据了东北全境。
8月中从天津进至北京的部队其实只有七国（当中两国只为象徵式的掌旗兵）约一万六千人，分别为：日军八千人，俄军四千八百人，英军（主要为锡克兵）三千人，美军二千一百人，法军八百人，奥军五十人，意军五十三人。
【联军暴行】
八国联军把北京分成不同的占领区，东四以北由日军占领，东四南大街以东由俄军占领，以西由意大利军队占领，皇城东北由德军占领，皇城东部由日军占领，皇城东南由英军占领，崇内大街以西东长安街以南由德军占领。西城由美军、法军、英军、意军占领，外城由英军、美军、德军占领，实行军事统治。日占区设立"安民公所"，德占区设立"华捕局"，沙俄侵略军张贴布告，禁止中国人民反抗，说"遇到执枪械华人，定改必即行正法。若由某房放枪，即将该房焚毁"。
八国联军占领北京以后大肆屠杀，被捕的义和团威武不屈，视死如归。
八国联军经常强指人说是义和团，不由分说加以杀害。侵略军把西四北太平仓胡同的庄亲王府放火烧光，当场烧死1700人。德国侵略军奉命"在作战中，只要碰着中国人，无论男、女、老、幼，一概格杀勿论。"法国军队路遇一队中国人，竟用机枪把人群逼进一条死胡同连续扫射15分钟，不留一人。日军抓捕中国人，施以各种酷刑，试验一颗子弹能穿几个人，或者故意向身体乱射，让人身中数弹才痛苦地死去。杀人时，八国联军全副武装"监斩"，人各个角度照相，企图恐吓中国人民，如今成为八国联军罪行的铁证。
据记载说："城破之日，洋人杀人无算。""但闻枪炮轰击声，妇幼呼救声，街上尸体枕籍。"英国人记载说："北京成了真正的坟场，到处都是死人，无人掩埋他们，任凭野狗去啃食躺着的尸体"。
八国联军侮辱妇女，任意蹂躏，据记载："联军尝将其所获妇女，不分良曲老少，仅驱诸裱褙胡同，使列屋而居，作为官妓。其胡同西头，当经设法堵塞，以防逃逸。惟留东头为出入之路，使人监管，任联军人等入内游玩，随意奸宿。"大学士倭仁的妻子已经九十岁，被侵略军百般侮辱而死。许多人不甘侮辱，含冤自尽。国子监督酒王懿荣居住的锡拉胡同11号，愤怒地说："岂能被所辱？"全家投井自尽。同治皇后的父亲、户部尚书崇绮的妻子女儿被拘押到天坛，遭到八国联军数十人**，归来后全家自尽。崇绮服毒自杀。
8月28日，八国联军在皇宫阅兵，各国军队在天安门广场金水桥前集结列队通过天安门、端门，穿过皇宫，出神武门。依次有俄军、日军、英军、美军、法军、德军、意军、奥军等3170人，俄国军乐队吹奏各国国歌、乐曲。这是对中国的严重的侮辱，对中国主权的践踏。阅兵之后，各国军官重新回到皇宫，以参观为名公然疯狂抢劫，一个英国侵略者事后回忆说："一大群联军军官见到这些东西伸手就拿，把他们想要的东西装入口袋"。
北京被占领以后，八国联军统帅、德军元帅瓦德西特许士兵公开抢劫三天，以后各国军队又抢劫多日。中国的珍贵文物遭到了空前的浩劫。皇宫和颐和园里珍藏多年的宝物被抢掠。俄军最高指挥官阿列科谢也夫将军等人把慈禧寝宫用黄金和宝石精制的数十件珍宝"洗劫一空"。英、法士兵把各类珍宝抢光以后，以搬取大件之物，用大衣包、布袋装，运回驻地。仅嵩祝寺一处，丢失镀金铜佛3000余尊，锦绣制品1400件，铜器4300件。就连太和殿前存水的铜缸上面的镀金，也被侵略军刺刀刮去，至今刮痕斑斑。法国天主教主教樊国梁从一个官员家里抢走价值100万两白银的财物，法国侵略军统帅佛尔雷一个人抢劫的珍贵财物就有四十箱。法军抢劫礼王府白银200万两。东四一带的商店被抢掠一空，著名的"四大恒"金号全部被抢。地安门以东、东安门以北，房屋被焚毁十分之七八，前门以北东四以南，几乎全部被毁。
当时一位目击者写道