奉命从西面马家口向租界进攻的张德成，所率的拳民亦有近万人。但洋兵在马家口一带布有地雷。为了破地雷，张德成学战国时齐国的田单，摆起了火牛阵。他命人在几十条牛的尾巴上捆上油絮，点燃后将牛往租界猛赶。等牛踏响地雷后，拳民便趁势进攻。从南面攻打的聂士成军，则置炮在天津城南围墙上轰击租界，还挑选兵勇百名，潜至跑马场，用手雷袭敌。聂军炮轰租界后，随即向租界发起了猛烈冲锋，打得联军几乎支撑不住。
然而就在紫竹林租界快要被攻下时，各国援军已大批到达，并已在大沽登陆结集了一万四千人。各国的入侵驰援军结集完毕后，迅即开往天津，向清军和义和团大举进攻，以解租界之危。一支六千人组成的英法联军直扑马场道一带的聂士成军，迅速将聂军击溃。聂军溃退至八里台后，联军又架炮对其猛轰，使之溃不成军。这时，一支日军从天津城西南方向包围纪家庄，惨杀千余名被围的拳民和百姓后，又迂回至聂军背后，实行前后夹击。五百名日军马队突入八里台后，横冲直撞，使被困该地的数百名聂军官兵几乎无一生还。
俄军见英法联军和日军击灭了聂士成军，于是向老龙头火车站发起了猛烈反攻。曹福田所率的义和团在遭反攻后，竟一哄而散，两千余名拳民当场惨烈牺牲。与之一齐作战的马玉崐军，在受到俄军猛烈攻击后只得败退城中。
聂士成率领清军在战斗失利后，并不气馁，他把部队重新调配后又开始向联军展开了冲锋。一连几日，聂军与联军处于激烈的混战中，打得十分英勇。
可是受命配合作战的张德成的天下第一团，此时却不去支援聂军，反而四处焚掠。有一队拳民还乘机图报旧仇，在聂士成与联军拼死作战时，拥入其家将其老母妻女捆绑而去。
聂士成闻讯后，只好分兵去追。可是他的部下新练军多系直隶人，暗与拳民相通，见聂军追击拳民，便大呼“聂军反了”，并开枪横击，使得聂军遭内外夹击，进退无据。聂士成居此危境，自愤身为提督，拥兵十余载，身被创伤数十处而不见谅于朝廷，反受奸臣匪党所谤；外复受侮于拳民，家室妻小尽为残害，遂欲亡身殉国，以杜绝谗言、清白自身。于是他跨上战马，准备向敌阵冲去。
正当聂士成要策马向前时，护兵却拼力挽住缰绳以护卫他，可是聂士成却挥刀直砍护兵的手。护兵倒地后，他策马前奔，如疯了一般向联军阵地冲锋过去，欲以求死。未几，聂士成腹部中弹。接着，他双腿又中弹，但他仍然奋臂驱马率军向前冲锋。后又有一弹穿入他口中出后脑而过，一弹穿太阳穴，然而他仍忍死力战。最后一弹穿胸腹，肠子裂出后他才坠马倒地。
聂士成烈死后，其部下将士冒死夺回他的尸体，以备奠葬。不意这时突然冒出许多拳民，一哄而上，要砍其尸体。只是洋兵追了过来，才免遭砍成肉泥。
直隶总督裕禄本对聂士成怀有偏见，在同西摩作战获胜后，他赏赐义和团万金而不予聂军分文，这时闻知聂士成壮死，也不禁落泪，遂将聂士成阵亡事上报朝廷为之请赐恤。可是，朝议赐恤时，载漪、刚毅竟力阻不恤，慈禧太后竟从其言，下诏遣责聂士成误国丧身。
聂士成阵亡后，其部属宋庆深恨义和团，便召张德成、曹福田等首领商议，令拳民为先锋攻租界，否则杀无赦。张、曹二人只得拨出两千拳民前往，而拳民这时也早被洋兵打怕了。当洋兵开枪轰击时，他们就跪地乞天护佑，但在前面的还是一排排倒了下去。后面的拳民见势胆寒，不敢上前而想逃命。宋军见之大怒，即用枪逼住他们重新冲锋。就这样不到几个时辰，两千拳民全都倒在洋兵的枪口之下。
英军使用毒气炮，天津陷落
联军打败聂、马二军及义和团后，便向天津城围攻过来。尽管清军劲旅聂士成军被歼过半，使清军元气大伤，但裕禄手下仍有万余名军队，他想倚以守住天津城，以与联军对垒。联军见天津城墙坚固，难以攻下，决定用英军新运来的两尊氯气炮作战。
这氯气炮炮弹落处，百米之内所有的人都会中毒气倒地立毙。此种炮为万国公法所禁用，自研制以来，英国人仅在非洲使用过一次。但联军为减少自身的伤亡，竟不顾万国公法，准备再次使用。
为了制造使用氯气炮的理由，各国军队司令官于7月14日让各国领事致信总督裕禄，警告清军如再以大炮轰击租界，联军必当以无比利害之大炮轰击津城。裕禄不知底细，对此警告全然不予理会。他回信时更是言辞决绝，誓与联军决战。收到裕禄回信的当日晚，英军在盖斯里将军指挥下即架起氯气炮向城中猛轰，使城中军民毒死者不计其数。接着，英、日、美、法、俄等国联军一万人分两路大规模攻城。总督裕禄见状大骇，眼看清军力不能支，便同宋庆、马玉崐率军仓惶往北仓、杨村逃去，只留下少量练军和水师营与义和团一起守城。
大部清军撤走后，留守津城的清军与义和团用麻袋装土补墙，准备与敌拚死一战。这时，英、美、日三国洋兵已至南门城下。南门外本来是沼泽之地，水师营见英美军涉沼泽来攻，便在上游决河水淹灌。决河后城南顿成一片汪洋，使攻城的洋兵进退两难。水师营趁机向他们开火，当场击毙美军指挥官斯库姆上校。联军在此遭到打击后，便绕道西门进攻。至傍晚，城内一名叫郑殿芳的汉奸出来向日军密告城内兵力空虚，日军头目闻讯大喜，即想夺取攻城的首功。次日凌晨，他让一队日军扮作拳民模样赚开城门，用炸药炸开城墙，首先攻入了天津城。日军入城后，各国军队蜂涌跟进，清军和义和团只得与他们进行巷战。练军守备宋春华率众舍死相拚，全部战死在城垣上。张德成、曹福田、杨寿臣等拳首在与敌格斗中，身负重伤，不久气绝而死。他们死后，城内拳民在追歼中四散逃命，红灯照首领黄莲圣母林黑儿及三仙姑在奔逃中被俘。
联军攻陷天津后，即在市中心鼓楼架起大炮，对准拥向北门的逃难市民轰击，肆意屠杀。接着，他们沿街搜掠，官署、钱庄、商店内的银钱珠宝、古玩文物，工厂和官府仓库内的所有存货，民宅内的粮食及猪羊鸡鸭，全被他们抢劫一空。日军入城后抢先在长芦盐务署抢走了二百多万两纹银，俄军则在造币厂抢走了几百吨存银，英、美、法各军也从官署抢走了好几百吨银子。联军抢劫时还随意杀人，强奸妇女，抢劫后则纵火烧城。一连数日的大火，使天津所有官署全被焚毁，多数繁华街道化为平地，众多民房亦夷为废墟。一座原有百万人的天津城，三天之内只剩下十万人不到。
联军在天津大肆烧杀抢掠之后，即着手恢复秩序，策划由他们调派官员组成天津都统衙门。同时他们把天津城划为八段，由各国分管。分管后，各国军队即加紧在其管区内搜捕义和团和红灯照，并委任华人巡捕协助搜捕。凡可疑者或脸上有愤懑表情者，巡捕一律指他们为义和团；凡身穿红色衣裤的妇女皆被当作红灯照，全都被锁拿或就地杀害。都统衙门还发布告示：凡天津居民，居住在哪国管辖的地段内，必须在门前插挂该国国旗，市民出外必须持有该国“顺民”的白布小旗才能通行。凡天津市民，必须及时到都统衙门交税，无偿提供劳役。在占领区内，各国军队还纷纷扩大租界，俄军竟占取租界近六千亩，意大利、比利时、奥地利军队也乘机各占了一块租界。
五大臣上疏请和，反遭杀身之祸
天津失陷的次日，早朝时荣禄即上奏慈禧太后，谓洋人要慈禧太后归政的照会出自伪纂。此事由端王主谋，由军机章京连文仲起草。慈禧太后听了，甚是震怒，即对载漪说：“以假文书而言，尤为上负国恩，下辜众望。你包藏祸心，凯觎非望，反复狡诈不一其端。若洋人果然直扑京师，定当明正罪你。犬字之称，颇为适当，我生一月，万无归政之意。如斯擅拟诏旨，驱策百僚，实有不轨之心！”
载漪受到到斥责，吓得不敢吭声，赶紧退值。
这时，总理衙门大臣袁昶与许景澄联名又上一疏，向慈禧太后力谏剿拳民、诛纵匪祸首以退洋兵。其疏云：
窃自拳匪肇乱，甫经月余，神京震动，四海响应，兵连祸结，牵动全球，于千古之奇事，必酿成千古之奇灾。而今之拳匪，竟有身为大员，谬视为义民，不肯以匪目之。无识至此，不特为各国所仇，且为各国所笑。查拳乱之始，非有枪炮之坚利，战阵之训练，徒以“扶清灭洋”四字，号召不逞之徒，乌合肇事，若得一牧令将弁之能者，荡平之而有余。今朝廷方与各国讲信修睦，忽创灭洋之说，是为横挑边衅，以天下为戏。且所灭之洋，指在中国之洋人而言，抑括五洲各国之洋人而言？仅灭在中国之洋人，不能禁其续至；若尽灭五洲各国，则洋人之多于华人奚啻十倍，其能尽与否，不待智者而知之。不料毓贤裕禄，为封疆大员，识不及此！裕禄且招揽拳匪头目，待如上宾，乡里无赖棍徒，聚众千百人，持“义和团”三字名帖，即可入衙署，与该督分庭抗礼，不亦轻朝廷而羞当世之士耶！大学士徐桐，素性糊涂，罔识利害。军机大臣协办大学士刚毅，比奸阿匪，顽固成性。军机大臣，礼部尚书启秀，谬执己见，愚而自用。军机大臣刑部尚书赵舒翘，居心狡猾，工于逢迎。近日天津被陷，洋兵节节内逼，曾无拳匪能以邪术阻令前进，诚恐旬月之间，势将直扑京师。万一九庙震惊，兆民涂炭，尔时作何景象，臣等设想及之，悲来填膺。而徐桐刚毅等谈笑漏舟之中，晏然自得，一若匪仍以可作长城之恃。拳匪愚矣，更以愚徐桐刚毅等；徐桐刚毅等愚矣，更以愚王公。是徐桐刚毅等实为酿祸之枢纽！若非皇太后皇上，立将首先袒护拳匪大臣，明正其罪，上伸国法，恐朝臣佥为拳匪所惑，外臣之希合者接踵而起。国家三百年宗社，鼗任谬妄诸臣，轻信拳匪，为孤注之一掷，何以仰答列祖在天之灵！应请旨将徐桐、刚毅、启秀、赵舒翘、裕禄、毓贤、董福祥先治以重典，其余袒护拳匪者一律治以应得之罪。然后诛臣等以谢徐桐、刚毅诸臣。臣等虽死，当含笑入地。无任流涕具陈，不胜痛愤惶惶之至。
袁昶、许景澄联名上疏入奏后，刚毅即将此告知载漪，载漪听了大怒，即延请刚毅入府中议计，愤愤地说：“这二人在废帝立储时，就与徐用仪、立山、联元三人一起，力言其非，意谓不然。今皇太后宣抚义民、对列强宣战，他们又与徐用仪、立山、联元相结，一致反对。四次廷对，他们都在皇帝一边，结成朋党。今又上疏，恶词相加，竟敢明言指斥刚相及诸大臣，实是可恶。”
刚毅则借机献谗：“袁、许二逆明为指斥刚某人，实则指斥端王。狂言我等皆祸首，谬妄之极！此等奸小，不杀何以平愤！”
适在这时，李秉衡派亲信向载漪呈交来两封诋毁信及自己的奏折。这信是李秉衡奉朝命自南京北上入卫时，载漪令他沿途搜捕奸谍时搜得的。他带数百拳民在清江北四十里处抓获两人，从一人身上搜出许景澄致江督刘坤一信一封，从另一人身上搜出袁昶致上海铁路督办盛宣怀信一封。李秉衡见两信皆力诋刚毅、载漪，言太后受愚，语极愤痛，遂令拳民将二人捆获北上，而将信呈端王府。
载漪得信后，更加怀恨，便想请旨逮捕袁、许二人，但又有些胆怯。正好董福祥又差人送来查获的使馆送往天津的洋信九封，信中提到袁昶、许景澄有密信通驻京公使。见了这些信件，载漪又高兴起来，即让刚毅与李秉衡一起向慈禧太后参劾许、袁二人。慈禧太后见天津已失，京城混乱，生怕此时主和大臣与洋人勾结，迫使自己归政；见刚毅、李秉衡奏请诛捕许、袁二人，闻知“许景澄、袁昶二大臣违背廷意，擅改电谕，致南北异局，非斩之不足以震惕疆臣，尽其罪戾”，便立即下令将许景澄、袁昶捉拿入狱。
次日，慈禧太后又降旨将二大臣即日处斩。其旨言：“许、袁二人其罪在声名恶劣，平日输洋务，各存私心。每遇召见时，任意妄奏，莠言乱政，且语多离间，有不忍言者，故著刑部立即处以斩刑。”
旨下后，许景澄、袁昶被解押往菜市口行刑，由刑部侍郎徐承煜监斩。他见二人衣冠齐楚，便令手下人将其脱去。许景澄斥之说：“某等虽奉旨处斩，然尚未奉旨革职。你作官多年，此例尚不知耶？”一句话说得徐承煜面红耳赤，久而无言。见徐承煜幸灾乐祸的样子，许景澄又说：“我于朝廷可谓尽忠矣，无如朝有奸臣，莫可奈何。我二人虽死，留得清名于后世，他日自有公论。但洋兵不久必来，你父子恐亦万无生理。”徐承煜听到此言，顿时面如死灰。袁昶见状，亦说：“我忠于朝廷而死，较你等异日死于洋人手者，终胜一筹。”说罢，袁昶仰天大笑，直笑得徐承煜心惊胆战，久久回不过神来。这时袁昶又说：“今年正值慧星出现之际，尚盼乾坤之再造，明之重光！”徐承煜这才回过神来，斥责说：“你敢胡说？忘清尊汉，背君媚贼，你有何面目见人？”袁昶听了泰然道：“我等本无罪，年后于你等罪魁祸首已正典刑之后，我等齐名并称。你等执迷不悟，以小忿之故，遂成叛逆之举，内患滋大。”
许景澄、袁昶死后，载漪、刚毅等人犹有余怒，想进一步加害其家室，使得许、袁的家人不敢收殓。尚书徐用仪见了，不觉潜然泪下，遂叫人以棺木殓了。载漪、刚毅得知徐用仪殡葬了许、袁二人，立即派出一伙拳民闯入徐家，将徐用仪及全家人紧紧捆住后乱刀捅死，横尸一地。徐用仪时年79岁。被杀前叹惜道：“端某不过为洋人缚羽翼而已，我心志久如百炼之钢。端某所谋之事，百臣子所敢言。将来必有歼厥渠魁之日。死者，人之终境也。神京失守之后，当有何项景象，难以预料。杀我一事，非太后之意，其终无如愿相偿之日。”
除掉徐用仪后，载漪、刚毅又指使拳民趁机去联元家中捕杀了联元。
杀了联元后，载漪亲率一队拳民去收拾立山。他对众拳民说：“立山在廷议时，竟说义和团神术多不验，必是二毛子无疑。他的宅邸在西什库教堂附近，你等围攻教堂久而不下，必定是立山挖了地道接济洋人粮食。”到立山的邸宅后，载漪先是让拳民在其邸宅门口设坛，进而命众拳民入其宅第寻找潜通西什库教堂的暗道。但四处搜索，也找不出地道的痕迹，拳民就把立山推拥至门口坛前焚表查验。尽管查验时纸灰上升，证明立山不是二毛子，但拳民还是不由分说将他捕送至监狱。立山见自己自为朝廷极品大员，竟致屈膝于乱民，亏体辱国，气愤不已，竟一恸气绝。幸好因赞成戊戍新政的李端棻同监在押，他粗知医术而将他救醒。
载漪、刚毅谋杀徐用仪、联元并将立山捕解入狱，慈禧太后开初并不知晓；然而当二人请旨诛杀三人时，慈禧太后即以光绪帝名义宣谕将三人典刑。上谕宣布三人的罪名是：兵部尚书徐用仪，屡次被人参奏，声名恶劣，办理洋务贻患甚深；内阁学士联元，召见时任意妄奏，语涉离间，与许景澄等劂罪惟均；已革户部尚书立山，平日语多暧昧，动辄离间。慈禧太后降旨后，载漪即令监斩官将立山押往菜市口行刑。立山被典刑后，其家人亦不敢为他治葬事，直到后来联军打进京城，各国公使怜立山无辜遭戮，特派兵保护，葬事方得以办理。