15日晚上，北堂内的人的确很多，不过都是非武装人员。教堂本职员工和从外面逃来的神职人员有数十人，为逃避义和团的杀戮而躲进教堂避难的中国男性教徒一千多人，这些男性教徒在逃进北堂时还带了自己的老人妻儿，再加上外国人的妻子、孩童，妇孺人数达2200多人，共计为3500多人。这些人唯一的武器可能就是咒骂和恐惧。
真正可以守卫教堂的只有41人，6月初的时候，樊国梁见北京城内义和团越来越多，就跟法国领事馆借了水兵31人，后又从意大利领事馆那里借了步兵10人。41人中还要刨除一名叫奥利维利的年轻的意大利海军中尉的指挥官。
等于说，北堂在15日晚上被蜂拥而来的义和团围住，并即将要展开进攻的时候，保卫教堂的只有41条不能连发的步枪。不过，北堂的墙壁相当坚固，另外在15日之前，奥利维利让士兵在大门两侧抠了六个洞，当枪眼。
不过这种“地利”在15日那天晚上并没有让北堂的任何一个人安心，每个人都在惶恐中度过了那个晚上，40名士兵轮番在大门两侧把枪伸出抠好的洞去，密切地注视着教堂四 周混乱喧嚣的街道。
据说，当时围在北堂的义和团是端王率领的“乾”字团4万余人和“坎”、“黑”字团各2 万余人，这8万人把北堂围得是里三层、外三层，连只苍蝇都飞不出去。
16日早上，义和团将两封信绑在一支箭上，射进了北堂。
这两封信都是写给教堂内中国教民的，第一封的内容是：
字示天主教民知悉：今天津等处洋人皆已平抄尽净，汝等守此弹丸之地，内无粮米，外无救兵，汝等识时务者当自出投诚，必不杀害尔等。若能杀一洋人献首级者， 赏银一两；若拿一活者送到本团，赏银五两。指天为誓，厥不食言。若执迷不悟，破巢后被获之时，虽愿投诚，亦尽杀不贷。
大概是觉得第一封信的内容有些模糊，就又写了第二封，内容是：
你们天主、耶苏（稣）教民听着：汝等外救已绝。劝尔等若将樊国梁等洋人交出，凡洋人财产全分与尔等。若尚执迷不悟，破巢后玉石俱焚。今已铺成地雷数处，看尔等如何敌御？及早回心，免遭不测。本团言出法随，思之，思之。
也许，北堂里的教民根本就没有机会看到这两封信，守教堂的洋人都明白，这是两封想要分化瓦解教堂守卫势力的信。信的意思很易懂：如果教民能够和我们义和团里应外合杀掉洋人，不但可免死，而且赏银子，平分洋人们的财产；但是如果不从，城破之日，一个都别想活。最终谆谆告诫：思之，思之。
守兵和樊国梁等洋人的确“思之”了，他们思考后的结果就是：置之不理。让他们奇怪的是，外面的义和团对他们也“置之不理”起来。
16日这天，什么事都没有发生，直到第二天一早，大概是义和团见教堂里的教民们没有想要弃暗投明的意思，就开始向北堂发起了进攻。至少有1万余名义和团员一手持大刀，一手执着火把，由南向北冲向北堂。当冲到距教堂南门200米左右时，那六个枪眼同时开火，冲在前面的义和团中弹，但却没有倒下，因为在他们后面还有许多义和团，挡住了他们的身体。不过，义和团发现这些人虽然不倒，可血从胸口或者是脑袋等处流了出来，都吓坏了，全都停了下来。六个枪眼立即又有新枪补上来，又是一排枪，义和团又有多人被打中，有精明的义和团转身大呼一声，立即跑掉了。
义和团见强攻不成，就开始放火，他们把与教堂鄙毗邻的房屋点燃，后“作法”请风，希望乘风势引燃教堂。但是，这一天的法术失灵了。
义和团的神技自然是层出不穷的，既然请不来顺风，就用技术取胜。他们用竹筒制作了一种“喷水筒”——似乎是一种人力压缩的装置——把煤油放进里面，然后喷射到教堂的大门、窗户和院子里，喷射完毕后，就射出带火种的箭。箭带着火飞向了大门、窗户和院子，一时之间，教堂内各处都是火。
教民们自然不想让自己变成烧烤，他们一起呼喊着，拿起各种工具开始扑火。但是当他们好不容易把第一轮火扑灭后，义和团的第二轮又开始了。17日这一天，整个教堂内的几乎所有人都在灭火。
一直到晚上，义和团才停下来，他们一大部分人开始吃饭，饭是端王派人送来的。吃完饭后，义和团见天色已晚，就都收工了。所以，教堂里的人才得到了片刻的安静。
义和团在后来的几天里又发动了无数次进攻，不过都没有成功。据后来在教堂里的人回忆说，义和团的进攻并没有任何掩护，如果一定说有，那可能就是他们的身体。当前排的人被子弹射中后一倒，后面的人立即退走。过一会，又会卷土重来。然后被打中，又撤走，如此往复，丝毫不觉得无趣。
也许在西方人眼中，义和团的这种行径是愚蠢的。但义和团却不这样认为。他们每次进攻前，都会“作法”，“作法”完毕后，才发动进攻。进攻受挫，回来又重新作法，然后再进攻。
义和团“均以大红粗布包头，正中掖 藏着关帝神马，大红粗布兜肚，穿于汗衫之外，黄裹腿，红布腿带，手执大刀长矛，腰刀宝剑等，呼啸而来”。
包士杰辑《拳时北堂围困·王司铎日录》详细记载了义和团向北堂进攻的情况：
至六点十分钟时，拳匪已聚了二三千人于西安门内，官兵皆在门外后随。此时拳匪之声有如翻江倒海一般，皆云，烧呀，杀呀，二毛子呀，你们的生日到咧。此时吾与林主教正在公门前往外观望，大堂上有数教士各执洋喇叭以报信息，任神甫携望远镜亦在堂上观望。既而大堂上喇叭一鸣，眼见一秃头僧人手持高香一束，来在西什库口外甬道上，向北堂一站，随后 无数拳匪各执高香点燃，向北堂齐跪，叩头三次即起。满胡同之匪右手执刀，左手把香，即 向北堂公门而来。此时洋兵十名把守公门，兵头即向林主教云，可开枪否，主教尚未回言，吾即云，快打吧，不可令其切近，就措手不及了。言犹未尽，兵头一叫号，吧啦啦一排枪，眼见皆打在拳匪身上，怎么一个也不倒。即结，而又一叫号，吧啦又一排枪，拳匪躺下一片 。原来头次不倒之故，皆因前匪受伤，后匪拥挤不能倒。故耳立即又发第三排枪，又打倒十数人。后来者全然跑出口外去了。眼见拳匪死者三十余人，未死者受伤者趴的趴，滚的滚，皆奔命去了。
义和团这样的进攻方式的确让人匪夷所思，洋人们只是认为他们相当愚蠢，端王却不这样认为。他一直相信义和团有神术，可现在为什么失灵，他却没有考虑。为了给义和团打气，他命令正规军向教堂里开炮。
6月22日，端王在离教堂半公里之外设置了8门大炮，连续不断地向教堂猛轰，大小不一的炮弹如蝗虫般落下，把教堂灰色的高墙打得千疮百孔。有一发炮弹精确地落在教堂内官兵阻击的位置，那六个把枪伸出枪眼的士兵当场被炸死。
在炮弹的爆炸声中，义和团骤然发出了冲锋的吼声：“杀——”
六个枪眼立即又站上去了人，瞄准，射击，大炮并没有让义和团的法力恢复，冲在最前面的一批义和团再次倒下，和以前一样，冲锋的潮水骤然向后退去，瞬间没了踪影。可片刻之后，又开始了一轮冲锋，重复出同样的程序：当几个年轻农民的身体轰然倒地后，向前涌动的人潮骤然退去。片刻之后，再一次。
教堂里最幽深的角落都能听得到义和团的冲锋声音：“杀！”
声音虽然大，但义和团始终靠近不了教堂门口，有时候，教堂里的卫兵在他们退去后，还会打开大门，慢慢地走出去，捡几把刀拿回来让教民们看。
十几天过去了，义和团始终重复着他们的进攻形式，没有一点改善，更没有一丝退却的迹象。似乎他们的使命就是把作了法的同志送到教堂前被教堂里的卫兵射杀一样。
不过，教堂里的情况越来越糟糕，从有了大炮开始，直到6月末，教堂里的教民们被炸死许多，伤者无数。
为了躲避炮弹、和炮弹引起的火焰以及坍塌下来的墙壁，教堂里的妇女和儿童们唯一可做的就是不断地从这里跑到那里，然后又从那里跑回到这里。炮弹不长眼睛，这些人虽然长着眼睛，但一些倒霉人士仍旧在跑动过程中被炮弹击中，哀号声不绝于耳。
义和团在外面可不知道教堂里面的情况，他们仍旧在端王大炮的帮助下继续进攻。可时间一长，端王就有些不耐烦了。他找来义和团大师兄，说道：你们往日打一教堂，片刻功夫就完成，怎么这次如此周折？
义和团立即就造谣：“此处与别处教堂不同。”
端王问：“怎么个不同法？”