来到北京城外向北京发起总攻。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人左右。而美军进攻的东便门城墙较低，离清军的火力较远。上午11时，美军决定用梯子从城墙角边爬上，第九步兵队一些人带着星条旗爬上城墙，是最先攻入外城的军队。虽然美军先攻入北京外城，但被清兵的炮火压制，难以前进。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、日军各自由东直、朝阳破门而入。
15日逐步攻占了北京各城门，随即与清军在京城各处展开巷战。
8月16日晚，基本上联军已经占领北京全城。慈禧太后、光绪帝和亲贵大臣离京，珍妃投井溺毙，下罪己诏，派奕匡和李鸿章与联军谈和。慈禧太后等人逃至怀来县，随后又辗转逃亡至大同，后来又逃到太原和西安