聯軍進城后，守城清軍大部潰散，只有義和團和部分愛國官兵筑起街壘，繼續同侵略軍戰斗。8月15、16日，聯軍攻占各城門和紫禁城，17日占領全城。聯軍縱兵搶劫3日，中國“自元明以來之積蓄，上自典章文物，下至國寶奇珍，掃地遂盡”。隨后，聯軍設立北京管理委員會，將北京劃為11個區，分區占領。9月25日，聯軍總司令瓦德西到達大沽，10月17日進京，設總司令部于紫禁城的儀鑾殿。此時，聯軍兵力已逾10萬，駐京聯軍超過3萬。為脅迫清政府屈從，聯軍還四出攻城略地，擴大侵略。俄軍、德軍、英軍占領北塘、秦皇島和山海關等地，控制從北京到山海關的鐵路線。聯軍還于10月20日從京津各地派兵攻占了保定、正定。聯軍繼續向山西進攻，直攻到娘子關、固關。11月，德、意軍攻占北京以北的宣化、張家口等地。至此，聯軍經過數月的攻掠，控制了南至正定、北至張家口、東至山海關、西至娘子關的直隸四周要隘。

　　在聯軍的強大攻勢面前，清政府徹底屈服。早在北京陷落前，清政府即任命李鴻章為議和全權大臣，從廣東進京與列強談判。8月24日發布上諭，允準李鴻章便宜辦事，會同慶親王奕勖迅速辦理和局。9月7日，慈禧太后發布剿匪諭旨，正式下令“痛剿義和團”，將義和團斬盡殺絕，以此向帝國主義侵略者作為求和的表示，義和團運動就是這樣在帝國主義的血腥屠殺和清政府的欺騙、出賣下悲壯地失敗。

　　1901年9月1日，經過列強將近1年的爭吵，《辛丑條約》簽訂，奕劻和李鴻章代表清政府簽字。條約規定中國向各國賠償白銀4.5億兩，分39年還清，年息4厘，本息共計9.8億兩;拆除大沽以及大沽至北京的炮臺;北京設使館區，使館區及北京到山海關鐵路沿線由各國駐軍;永遠禁止中國人民成立或加入具有反帝性質的各種組織，違者處死;改總理衙門為外務部，班列六部之首。《辛丑條約》的簽訂，標志著中國完全淪為半殖民地半封建社會。

　　后果與影響

　　八國聯軍軍事行動，以清政府與總共十一個國家簽訂“辛丑條約”為終。其中規定清政府賠款白銀4億5千萬兩(四億五千萬即當時中國總人口，以示每人一兩，達羞辱中國人之意)，分三十九年付清，被稱為庚子賠款。聯軍占領北京后，對北京皇城、衙門、官府大肆掠奪，因而造成大量中國文物和文化遺產(包括故宮，頤和園，西山以及圓明園)的失竊、破壞。

　　在戰爭中，俄國出兵侵占中國東北全境，這也為日后的日俄戰爭埋下了伏筆。

　　從客觀角度上來說，八國聯軍事件加速了清王朝的滅亡。后來美國為了從知識和精神上支配中國，向清政府減少了約1千萬兩白銀的賠款。退款主要用于中國向美國派遣公費留學生，清華大學也是在這樣的背景下建立的。美國的兩次退款，產生了很大的國際影響。加上第一次世界大戰后，中國也涉足于戰勝國的地位，各國都表示愿與中國“友好”，以便用和平的辦法維護和擴張其在華利益。所以都緊步美國的后塵，紛起退款。這一方面間接促進了中國向西方學習的進程，另一方面加強了列強對中國的控制。