利时使馆的木质屋顶多次起火，守军被迫冒着弹雨上房扑救。团民将砍下的教民头颅挑在竹竿上，沿街示众，试图瓦解守军士气。夜间敲击铜锣、吹响号角，制造恐怖氛围。
清军在正阳门城墙和周边高地架设克虏伯大炮，向使馆区发射实心弹与开花弹。但由于慈禧密令“围而不歼”，炮击多为象征性，弹着点常偏离目标。部分清军神机营士兵使用德制毛瑟步枪，隐蔽在民房屋顶或树丛中，狙杀使馆区内的外国士兵。7月11日当天，一名意大利军官被爆头身亡，引发守军恐慌。清军工兵挖掘地道至英国使馆下方，试图埋设炸药炸毁建筑。守军通过监听地下动静，反向挖掘并灌水破坏，双方展开地下拉锯战。
使馆区外围堆满沙袋、家具、马车残骸，《泰晤士报》记者莫理循记录甚至“用书籍和银元宝砌墙”。英国使馆主楼窗口垒砌砖石，仅留射击孔。守军武器匮乏，仅有机枪2挺（马克沁机枪1挺、诺登飞特机枪1挺），步枪子弹平均每人不足50发。法国水兵用酒瓶制作燃烧弹，投向逼近的义和团民。外国妇女儿童被集中到英国使馆地下室，部分人协助搬运弹药、护理伤员。一名俄国女伯爵持手枪在防线后督战，射杀退缩的士兵。
未能逃入使馆区的中国教民被义和团搜捕，男性多被斩首，女性遭凌辱后杀害。东单牌楼附近悬挂数十具尸体，乌鸦啄食腐肉。地痞流氓假借“灭洋”之名，洗劫商铺富户。前门大街“瑞蚨祥”绸缎庄被焚，伙计为护货柜与暴徒搏斗，横尸店门。夏季高温下，未掩埋的尸体滋生蝇蛆，霍乱在难民中扩散。一名意大利传教士记录：“孩童腹泻至脱水而死，母亲抱着尸体在街头游荡，如同地狱幽灵”。