慈禧经过与朝中大臣反复地斟酌与商议，终于决定宣战。6月24日，慈禧下达宣战谕旨，内容如下：
朕今涕泣以告先庙，慷慨以誓师徒，与其苟且图存，贻羞万古，熟若大张挞伐、一决雌雄。连日召见大小臣工，询谋佥同，近畿山东等省，义兵同日不期而集者不下数十万人，下至五尺童子，亦能执下戈以卫社稷。彼尚诈谋，我恃天理；被凭悍力，我恃人心；无论我围忠信甲胄，礼义干橹，人人敢死，即上地广有二十余省，人民多至四百余兆，何难翦彼凶焰，张国之威。其有同仇敌忾，陷阵冲锋，抑或仗义捐资，助益饷项，朝廷不惜破格懋赏，奖励忠烈。苟其自外生成，临阵退缩，甘心从逆，竞作汉奸，即刻严诛，决无宽贷。尔普天臣庶，其各怀忠义之心，共泄神人之愤，朕实有厚望焉。钦此。
并非是西方列强的所作所为激怒了慈禧，而是迫于压力不得不战，慈禧颁布了宣战谕旨之后，也加大了对义和团的扶持，先是发放了两万石糯米，还下令各省加紧赶制武器弹药，“以备民团领用，毋稍迟误”，并且还一次性拨给义和团十万两的赏银。
在朝廷的大力支持下，义和团奋勇杀敌，积极战斗。实际上，早在英、法、德、奥、意、日、俄、美八国在各国驻华公使会议上，正式决定联合出兵镇压义和团时，在“保护使馆”的名义背后，短短几天之内调海军陆战队四百多人进驻北京东交民巷，随后又陆续向中国增兵，二十四艘军舰集结大沽口外，聚集在天津租界的联军达两千余人，这些举动实际上都是八国联合侵华政策相继得到各自政府的批准的表现，联军侵略中国的野心已经是司马昭之心，路人皆知了。
只不过是风起云涌的义和团运动，给了八国联军更好的借口，列强各国都乘机出兵，打着“帮助清政府镇压暴民”的幌子，大肆进行烧杀抢掠。
在此同时，沙皇俄国还于7月16日制造了“海兰泡惨案”，将居住在海兰泡的数千名中国人几乎全部惨杀，泅水逃生的中国人不到百人。
17至21日，俄国侵略军又先后将江东六十四屯的万余居民驱赶至黑龙江边，残忍地杀害，并将剩下的人赶入黑龙江中淹死，两次惨案中，仅有百余人死里逃生。
俄国侵略者在东北的行径简直令人发指，但是因为孤军无援，俄国军队从8月28日起，到10月1日，短短一个月的时间，齐齐哈尔、吉林、辽阳、沈阳全部被俄军侵占。
在6月10日，西摩尔率领两千侵略军由天津向北京进发的途中，遭到义和团民众的奋勇抵抗，经过艰苦的鏖战，义和团员在廊坊终于成功围堵西摩尔部众，取得了“廊坊大捷”。
然而义和团团员的血肉之躯毕竟难挡八国联军的洋枪洋炮，23日，另一路联军窃据老龙头车站，并和退逃到西沽的西摩尔部会合，到达天津租界，向天津城发动进攻。义和团与清兵守城将士连战几个昼夜而不敌，天津于7月14日陷落。
1900年8月12日，八国联军占领通州（今通县）后，召开各国司令会议，决定8月14日夜开始兵分三路进攻北京城：北路为日军，进攻朝阳门、东直门；中路为俄军，进攻东便门；南路为英、美军，进攻广渠门。但是由于各国军队都想率先攻进北京，于是从14日凌晨开始，日、俄、美军队就开始抢先从朝阳门、东直门、东便门向守城清军发动猛烈的攻击，经过一天激战，于14日晚，东便门首先被美军攻破。16日晚，八国联军将北京城全部占领。英、日、美三国军队先入城，俄法次之，德奥军队又次之。
八国联军占领北京以后，开始肆无忌惮地疯狂地屠杀义和团团员和无辜百姓，烧杀抢掠，无恶不作，仅在庄王府一处，就屠杀烧死了一千七百多名百姓。侵略者随意抢夺，街衢之中，民宅之内，只要遇见稍有反抗的人便立即开枪击毙，处处不留活口。有的甚至见人就杀，见物就抢，带不走的东西就一把火烧掉，凶残程度，前所未闻。繁华的北京城顿时变成了人间地狱。
《庚子大事记》七月二十一日（8月15日）条下记载了这可怕的一日：“皇城之内，杀戮更惨，逢人即发枪毙之，常有十数人一户者，拉出以连环枪杀之。以致横尸满地，弃物塞途，人皆踏尸而行。”皇城内外霎时间成了屠场，城里居民“百家之中，所全不过十室”，街巷“尸首堆积如山”。当时有诗句也可以说明惨状：“京内尸积遍地，腐肉白骨路横。”
清朝1644年定都北京，至当下已有二百五十多年的历史，这座城池集中了当时最具盛名的商号和铺面，人民的生活也相对富足，紫禁城内更是收藏有不计其数的珍奇异宝，东方世界的财富几乎全部集中在这座城池之中。
为此，各侵略国在进入北京城后，特许士兵抢劫三日。实际上，抢劫活动从占领北京的第一天就已经开始，也就是说，从8月15日至18日，北京城整整四天沉浸在八国联军的烧杀淫掠之中，这座美丽的城市承受着前所未有的浩劫和蹂躏。
然而联军惨绝人寰的抢劫行动并没有随着特许命令的到期而停止，而是一直持续到8月21日德国军队麇集北京以后。
皇家的藏品更是八国联军抢夺的重点。8月19日，俄军抢先占领颐和园，直至10月2日才撤出。紧接着10月3日，英、意联军进驻颐和园，直到第二年8月27日撤出。俄、英、意三国在占领颐和园期间，将慈禧太后辛苦收集的以备寿诞庆典用的奇珍异宝尽数掠去，并大肆破坏园内的建筑，昔日风景秀丽、宛如江南的颐和园几乎成了断壁颓垣。
俄、德、日军先后又以守卫紫禁城的名义，以及其他各国侵略军以“参观”的名义，将紫禁城内的无数文物珍宝或偷窃或豪夺而去。到1900年冬天，宫内珍宝已经所剩无几。实际上，他们的抢夺行径一直持续到撤出北京那一天。从皇宫、颐和园、三海、坛庙、陵寝、王公府第、各部衙署直至民居商店，同样无例外地遭到抢劫。这次浩劫，将北京数百年积聚的大部分法物图籍、奇异珍宝皆尽掠去，劫持到国外。
很多八国联军的侵略者记下了当时的情形。联军统帅《瓦德西拳乱笔记》中记载了他们抢占颐和园后的情景：“就宫内情形而言，又可证明该宫最大部分可以移动之贵重物件，皆被抢去。除少数例外，只有难于运输之物，始获留存宫中……其余附属宫中之各处房屋如戏院、庙宇、吏室、仓库等之曾经封锁者，均被横加劈毁，所有其中存物，凡认为没有价值者，皆抛置地下以及院落之内。他召集了九十人整理了十天，仍然是破物堆满于屋内与天井之中，其中有数十个打破的摆钟、盘面及五色宝石均被挖去。”
一个英国人记述了他们抢劫瀛台的情况，“每日日人后，即为彼等之世界，法兵监视之，然彼等监视法兵更密。外间情形业已宽松，故夜间不须防守，得以为所欲为。一至天明，则彼等此事则毕。其人宫之法，乃于换班之时，将衣服脱下，由洞中匍匐而进，如一蛇然，亦不带一火。谓依此法，瀛台中之物，不久即已取尽，今已不能再于此间得一物矣。”
又说：“现在珍物已尽，彼等又搬取大件之物，于瓷瓶、瓷缸雕刻之物等类，或以大衣包之，或藏于袋中，运至他处。”“全宫各处皆有似此之行动，如花旗人、俄罗斯人，如他国之人，皆是一样。至夜间，即越墙而入，偷取其中之物。若再过六个月，则宫中将无一物之留存矣。”
曾经参与过戊戌变法的狄葆贤在1900年回国后，曾由日本人陪同去拜瞻瀛台等处，他在自己的著作《平等阁笔记》中记录了当时的所见：正屋两进有楼，四面廊房围抱，满地皆西兵残毁之迹，欲认德宗燕寝之抢劫物中，均为一二百年以前之物，早被囊括无遗。在英军等私自出售的金玉制品中，有一抢劫者拍卖路易十五世时之金带扣，精美无论，嵌以金刚钻及红宝石，描绘极工。这个金带扣是旧瑞第派教士初来北京时所进的贡，这些物件盖是从瀛台处抢劫而来。
在北京城破之后，义和团也遭遇了灭顶之灾，1900年9月8日，驻津联军直捣义和团的根据地独流镇，前去镇压义和团，他们见人就杀，肆意毁屋，使得这里到处横尸，大火连烧几天不灭。八国联军则袭击北京的八大处义和团，打死团民三十余人，烧毁了义和团的活动总部——灵光寺、证果寺，并炸毁一座宝塔，炮轰京郊西山观音村镇的义和团民一百余人。日本侵略军在大兴县庞各庄一带杀死义和团民二十四人。
古老的北京城在八国联军的枪炮战火之下变成一片废墟，无数凝结着中华民族智慧与财富的奇珍异宝、文物字画、珍稀典籍等遭到联军的偷窃、抢夺和损坏。
自从利用鸦片战争打开中国国门的那一刻起，列强在中国的伪善面纱此刻已经完全撕破，他们用强盗式的侵略行径，践踏着这个垂垂老矣的东方大国，人民被他们残杀不计其数，宝物也被他们尽数揽入囊中。
此时的八国联军重演了第二次鸦片战争时英法联军攻入北京后的种种劣迹，红了眼似的抢掠着他们见所未见的金银珠宝、古玩字画，就连镀在器物外表上的金子，他们都恨不得刮下来运走，联军之间也因分赃不均而多次大打出手。
侵略者把堆满金银翡翠和历朝宝物的宫殿陈设盗抢一空，瓜分了观象台古代天文仪器，焚毁了仪銮殿，劫掳《永乐大典》等珍籍法物。连库银都被抢走了至少六千万两，经此浩劫，北京积聚的大部分法物图籍、奇异珍宝从此流失海外，经济损失实在无法估算。