八国联军率先对中国使用化学武器

　　
　　在紫竹林租界之围被解后，联军随后便开始了第二次天津战役——反攻天津城。6月27日，联军分成三路纵队向天津城外制造火药、炮弹、枪子的东机器局发动猛攻，因为这里有上千名清军士兵守卫，对天津租界构成了很大危害。激战中，不知道是联军炮弹击中了“东局子”内的弹药库还是清军怕失守后弹药库会资敌，最终弹药库被炸毁，清军也随后撤出。“东局子”被联军占领后，租界洋人额手称庆。
　　
　　随后几天里，双方都稍作休整，而联军这边每天都有新的援兵、武器等运到天津，形势对清军越来越不利。7月1日早上，枪炮声重新响起，清军向租界发动进攻而联军则用大炮猛烈轰击天津城，战斗持续到深夜都没有停歇的迹象。在随后的几天里，双方互有攻守，战局陷入僵持阶段。
　　
　　但就在这时，清军和义和拳却发生了内讧。正如前文所叙，聂士成部曾经与义和拳发生过血腥的冲突，因而义和拳视聂士成部如仇敌；而聂士成对义和拳的神话把戏也是深恶痛绝，双方决无合作的可能。在进攻租界时，往往清军将义和拳驱赶上前，如有后退则杀无赦，因此造成拳民们大量的伤亡，其中既有联军消灭的，也有被清军打死的。《直隶提督聂军门死事记》中说，由于聂士成和义和拳的宿怨，后来拳民们在聂士成与联军激战时，将聂士成的老母妻女绑架而去，而同情义和拳的当地练军见聂士成追击义和拳，反枪击聂军，并称聂士成部造反。聂士成在进退失据的情况，“自愤身为提督，拥兵十余载，被数十创而内不见谅于朝，外复见侮于匪，则大愤慨。……每身轻前敌，欲以求死”。
　　
　　7月9日，聂士成部在八里台与联军展开决战，战况空前惨烈。八里台前有一小桥，聂士成亲自骑马立于桥边督战，聂军无人敢退。聂士成系安徽合肥人，武童出身，最初随袁甲三（袁世凯的叔祖父）打捻军，后来进入淮军系统，深得李鸿章的信任。1894年甲午中日战争中，虽然清军连战连败，但聂士成的表现还算是可圈可点。1899年，聂士成所部三十营改为武卫前军，全部改换德式装备并驻守在天津芦台。相对而言，这支军队具有相当的战斗力，唯一的缺憾是按新式操法训练的时间过短。