其他人捡条性命逃回使馆，把彬山彬死去的惨状一渲染，使馆区里顿时如同感染了瘟疫一般笼罩着恐怖。“杀害外交官的不是义和团，竟然是政府军！”窦纳乐气急败坏，“这样的丑闻就在我们眼皮底下发生了，这真是文明的耻辱！”据最新情报，这支部队正是武卫后军统领董福祥的甘军，目前驻扎在正阳门、东阳门一带。名义上归荣禄节制，任务是保护皇宫安全。
“甘军风气很坏，素来排外。诸位应该记得，几年前，就发生过甘军士兵殴打公使馆人员的事件。”赫德提醒说，“董福祥剽悍好斗，素称善于用兵，在西域与回民武装打过几回硬仗，从未输过。这支部队装备精良，使用的是最新式的来复枪，不是寻常绿营可比。目前形势不明，我们既要提防义和团发动攻击，对他们也不可等闲视之。”
情势紧急，先前提出的使馆区布防方案迅速投入了实施。美以美会传教士贾腓力原先是个工程师，负责公使馆防御工事的设计和构筑。使馆区一共十一家公使馆，杂乱地散布在一个长方形区域。它大致可分为三个部分，南部边界是一堵墙，标志着旗人区的界限；东边，一条主街通到哈德门，北边是紫禁城的外墙，西边则是天安门，是进入错综复杂的皇宫的主门。臭气熏天的一条污水沟从使馆区穿过，将英使馆与相邻的翰林院与肃王府花园分隔开来。他建议，使馆区内城墙，作为第一道防线，由美国人和德国人防守。长安街和使馆街作为重点防御线，由俄国人、意大利人、奥地利人和英国人协力防守。使馆区东面，沿总税务司署一带，由日本人和海关人员共同防守。处于内线的法国公使馆卫队则随时支援长安街和使馆街的哨卡。
整个防御体系中，英国公使窦纳乐为总司令，陆军出身的美国驻华使馆一等参赞斯奎尔斯（一个中国瓷器的狂热爱好者）为参谋长。因使馆区东面还要兼顾河对面的肃王府，斯特劳兹上校被委以了东线防守这项重任。
英国公使馆的大门口设置了路障，所有门都进行了加固。窗户全用沙包堵上了，只留下开枪的射击孔。使馆区附近有三家外国人开的大型商店，还有几家中国人开的店铺，这些店里所有能用的东西，大米，面粉，麦片，燃料，罐头，咸菜，还有大量布匹和丝绸，都被搬了过来。所有人都把存粮交出来集中。使馆区的马厩圈养着一百五十匹马，一些运货的骡子，一群绵羊和一头母牛，这些必要时也可以用来充饥，这样就有了可以保证数个星期的食品供应。所有使馆成员的家眷都分配到了缝制沙包的任务，以备加固工事之需。
英使馆的假山后面垒起了炉灶，上面架起了大锅，煮的是罐装牛肉和米饭。一些穿着印花布围裙的中国厨子，大汗淋漓地忙碌着。罐装腌牛肉，咖喱赛马肉，喜鹊和麻雀这些野味，再加上抢劫来的五花八门的酒：香槟、杜松子酒、威士忌、白兰地。要是没有逼近的危险，竟像是一场不错的郊外野餐呢。
6月13日下午，从城北哈德门涌进大批义和团民，他们点燃了北边的教堂，并开始焚烧外国人的住房。他们往北到了长安街，本来想烧中国通商银行，但防守在那里的奥地利人向他们开了枪，于是他们一哄而散，到别处去纵火了。不久，从很多个方向都可以看到冲天的火光。
随着黄昏降临，摧毁活动加剧了。
入夜，赫德和窦纳乐、康格、毕盛等人登上使馆区教堂的塔楼一起瞭望。视野所及，这个城市的街巷间到处是火光。带着焦煳味的风，不时送来叫喊声、大火焚烧房子的噼啪声和枪声。赫德喃喃自语：“终于开始了，我们从未有过的被围困的经历开始了，我感到，我们正被一点一点地与这个城市，甚至与这个世界隔开了。”
这个血腥之夜，也是在北京的外国人的第一个真正恐怖之夜。使馆区里没有一个人入睡。《泰晤士报》记者莫理循也彻夜未眠，他在日记中这样写道：“6月13日——义和团发动进攻，能听到他们念咒作法、装神弄鬼的叫喊声……城西通宵达旦都能听到可怕的叫喊声，被杀者的狂吼声。抢劫和屠杀。”
通往天津的电报线三天前就已被切断，北京和外部世界联系的最后一条线路——从俄国公使馆北部引出的电报线也在这天的骚乱中被切断了。莫理循花了二十两银子，设法请了个信使把最后一封电报送到了天津。这封电报刊登在6月18日的《泰晤士报》上：
昨天晚上发生了严重的反洋暴乱，东城区一些最好的建筑物被烧毁，数百名中国基督教徒和外国人雇佣的仆人在离皇宫两英里的范围内遭到屠杀。对所有外国人来说，这是个令人焦虑的夜晚。大家在使馆卫队的保护下，都聚在一起。拳民烧毁了天主教的东堂、伦敦传教团最大的建筑、美国传教团董事会，还有所有海关中外雇员位于东城的住所。如果增援部队今天还不能抵达，预计还会有进一步的暴乱发生。
哈德门大街的教堂被烧毁后，纵火者接二连三地点燃他们能够接近的所有洋房，以及所有出售洋货的店铺。前门、南大门附近所有销售洋货的商店全部被烧毁。前门楼也被大火吞噬，只有两层以下的窗户还留在那儿。从商业大街大栅栏望过去，城门只剩下一座焦黑的城垛，高度只及往昔的一半。
6月14日，顺治门外的法国教堂突然杀声震耳，火光冲天。传言说，数百教民被烧死了，臭味弥天，路人不得不掩鼻避走。使馆区里一片惊惶，众人嘴上不说心里都在暗想，接下来是不是该轮到我们了？到了下午，忽然枪声稀落了下去，大家正感到纳闷，有探子来报，说是这天下午太后带了几名宫妃去西苑湖中游玩，厌烦枪炮声一直不绝于耳，于是命太监通知西华门一带的义和团暂时停火，等她回宫后再行攻打。几天后，义和团火烧前门外大栅栏的一家洋货铺，火势蔓延至广德茶园，越烧越大。大栅栏珠宝市为京师最繁华之地，尽化灰烬。
火势还飞到了正阳门城楼上，城楼屋檐上栖息的数以万计的鸟雀在火光中哀鸣着，大多被烧死，偶或几只冲天而起，如同一片片着了火的布片，顷刻也坠落火海。大火中，珠宝市街二十余家金融机构也被烧毁，银行停止了运转，京城内外大小银号钱庄的汇款划账业务受阻。东四牌楼有四家宁波人开的恒字号钱庄也被迫停业。整个京城乱得如一个炸了窝的蜂窝，街上到处是惊惶奔跑的人。义和团像污脏的潮水涌过去后，一支莫理循率领的搜索队穿街走巷，大声呼叫着基督徒出来和他们一块走。他们把一些伤员和病人护送到肃王府安置。肃王府位于英国使馆东面，隔着一条街和一条御河。肃亲王已经搬出了王府，留下了一些女仆照顾。短短几天，有数百名中国教徒挑着锅碗瓢盆、被褥和大米涌进了肃王府。
在随后长达两个月的围困期间，大约有两千名难民陆续住进了肃王府。“此地被女人、传教士、哭哭啼啼的孩子以及一大堆面容温和的教民塞得满满的。”莫理循后来在发回国内的一篇报道中这样说。在窦纳乐爵士的指挥下，莫理循还参加了一次救援行动。他率领一支由美国、英国、日本士兵组成的三十人的小分队，袭击了离奥地利哨卡三十米开外的一座庙。那里有四十余名基督徒被义和团逮住，把他们捆在一起准备处决。小分队赶到时，已有五六个教民身首异处。士兵们开枪射击，把义和团杀退。莫理循数了一下，他开枪打死了六个。根据一个教民提供的情报，法国人在公使馆附近的一间房子里还俘虏了十八名义和团。为了节省子弹，法国士兵用刺刀杀死了这些俘虏。
“想想看，我竟然打死了六个！要是一年前有人告诉我，我的双手将沾上中国人的血，我肯定会以为这个人吃错了药。”“那现在是你吃错药了，我真没想到，对着这些中国人，你的枪口居然能抬起来。”赫德说，“战争是军人的事，让他们去弄吧，你是新闻记者，我是海关官员，我们把自己的事做好就可以了。”
战斗刚打响时，整个使馆区面对的只有义和团，但6月20日起，形势突变，大量甘军也加入了攻打。
他们在使馆南边的城墙上架起了克虏伯大炮和滑膛炮。但董福祥的人虽然生猛，却谈不上训练有素。有些士兵虽然装备了最新式的后膛装填式来复枪，但懒得根本不站起来瞄准。他们蹲伏在一堵堵墙的后面，装弹，把枪伸过墙，然后开火，几乎是在朝着天空瞎打枪。所以听起来枪炮震耳，实际的杀伤力却不大。更让人啼笑皆非的是，士兵们为了让进攻的枪炮声听起来更猛烈，竟然一挂一挂地放鞭炮。
在英使馆里，有七十五名海军陆战队员、二十四名海关成员和部分使馆职员负责日常防卫。遭受全面攻击时，还有七八十个武装志愿者包括传教士参加防卫。他们的耳朵很快适应了来复枪子弹的啸叫声，还有加农炮的更猛烈的轰鸣声。以至于枪炮声歇下来时，那种安静反而显得不习惯了。
被围的第四天，下起了大雨。士兵们继续一动不动地站在路障后面的壕沟里，或者蜷伏在沙包后面的墙垒上，因为谁也说不准义和团什么时候会发动攻击。
有人在使馆区旁边一家废弃的铸造厂里翻箱倒柜，找出了1860年联军遗留下来的一门老古董野战炮。一番清理之后，居然还能使用，可以发射俄国人带来的炮弹。他们把这架老式大炮的第一发炮弹瞄准了皇宫，居然轻易命中了一间宫殿。
按照最初制订的部署，为了整个使馆区的安全，坚守前门与哈德门之间的南城墙，在整个防守体系中显得十分关键。美国人把守从他们使馆后面向西的第一段，德国人把守从他们使馆向东的第二段。英使馆隔河的肃王府由斯特劳兹上校和一群日本兵一起据守。
遭到围攻没几天，美国兵先抵挡不住了，不久德国兵也放弃了他们的那段城墙。在英俄卫队的支援下，穿着粗花呢骑马装、臂弯里挎着一把毛瑟枪的参谋长斯奎尔斯率领一队美国兵夺回了弃守的据点，但义和团从哈德门沿着城墙往前继续推进，德国人再也没有夺回他们的阵地。
由于防线出现缺口，奥地利、荷兰和意大利使馆不得不放弃，随即迅速被占领者焚毁。法国使馆的部分房屋在交战中被义和团逐渐占领。最危险的时候，他们与进攻者之间只隔一堵墙。在位于法国使馆的拉锯战中，义和团使用了地雷。地雷第一次爆炸时，奥地利代办纳色恩先生被埋进了瓦砾，可是第二次爆炸时又把他给震了出来，而且只是受了些小伤，奇迹般地死里逃生了。
孝顺胡同、灯市口、碾儿胡同、二条胡同和绒线胡同的一大批教会的房子被烧毁了，华俄道胜银行、中国通商银行也被烧毁。义和团对使馆区施行了火攻，因风向不对没构成威胁。马克沁机枪在城墙上哒哒地响了，冲过来的拳民像割麦子一样倒下。清军和义和团在工事后面架起大炮，使馆所有人都慌了手脚，“妈的，俄国人把大炮落在天津真是太遗憾了！”
6月19日下午，十二个红色的大信封由总理衙门的信使送交十一国公使和帝国海关的总税务司罗伯特·赫德。信里是最后通牒，要他们于第二天下午四时前撤往天津。“惊悉炮台被占，此实为西洋各国蓄意破坏和平，与我大清为敌。义和团扰乱京师，百姓骚动不安。阁下家人与使馆安全堪虑，大清朝廷处境困难，难以提供有效保护。鉴此，本衙门特恭请阁下即日火速离京，由使馆卫队护卫前往天津，以免不虞之灾，使馆卫队须予有效之约束。”
原来西摩尔率残部撤回天津后，害怕后路被切断，强行占领了北河口的大沽炮台，此举激怒了朝廷。公使馆对外一切联络都已中断，对此情形却一无所知。
各国公使紧急召开了一次联席会议，会上争论非常激烈。法国公使毕盛和美国公使爱德华·康格同意清廷的建议，他们太想离开北京了。德国公使克林德坚决反对，说离开了公使馆高墙的保护，清军和义和团就会在半路上加以截杀。经过长时间辩论，美、法两国的看法占了上风。
午夜前，各国公使联合签署了一封回信，派人送回总理衙门。他们表示对大沽炮台被占领一事毫不知情，同意撤离北京，但整个撤离行动不可能在二十四小时这么短的时间内完成，要求在第二天上午会见总理衙门大臣，讨论运输、补给、保护等问题。