為了收拾義和團暴亂以後的局面，李鴻章應召去進行和談。在此以前，即1906月18日，朝廷即已召他進京，但是太后對拳民的庇護使他惶懼，所以遲遲未從廣州啟程。7月8日他被任命為直隸總督，兼北洋通商大臣(他曾從1870- 1895年任過這兩個職務)，只是到了此時，他才乘船前往上海。

7月21日到達上海時，他對北京的形勢完全失去了信心，拒絕北上。8月7日，朝廷任命他為全權議和大臣與外國進行談判，但李鴻章仍對北京之行猶豫不決，因為他認為，朝廷是不會同意那些他認為實現和平所必需的措施的，這些措施就是鎮壓拳民和保護在北京的外國人。

李鴻章稍感寬慰的是，列強並未與中國宣戰，只是為了鎮壓叛亂才派了遠征軍。此外，這時俄國提出把它的軍隊和居民撤到天津以便準備談判，而且為了不讓其他國家提出過分的要求，它在會議上定下了比較溫和的調子，李鴻章這才同意北上。

他要求委派慶親王和榮祿與他一起去進行談判，當朝廷同意照辦後，他便在俄國人的保護下北上，9月18日抵達天津。當列強宣告榮祿因參加過攻擊使館的行動而不能被接受為談判者時，李鴻章便請求讓榮祿去西安。李鴻章希望榮祿(他在11月11日參加了軍機處)將能遏制端王和剛毅當時仍然強大的影響。

與此同時，在北京的聯軍代表們提出，在“朝廷還都”以前，意即在“皇帝重掌朝政”以前拒絕開始談判。 他們希望利用此要求作為手段來滿足他們所提出的其他要求。然而，太后拒絕了，因為她擔心會把不能接受的條款強加於她；她還指出，只有在和平解決之後，朝廷才會還都北京。

東南各省的督撫此時企圖把聯軍的注意轉到懲罰犯罪的大臣們的問題上來。他們對清廷施加壓力，要求它懲辦九名費助義和團的大臣、巡撫毓賢和董福祥將軍。朝廷勉強地同意懲罰這些大臣，但未對董將軍審判。列強堅持必須懲辦董福祥，而劉坤一和袁世凱則迫使榮祿採取行動，他們強調明智的政治家“皆不愛一人以謝天下，尤不愛一人以救萬民”。1900年12月3日，清廷態度終於緩和了。當追究罪責時，卻沒有提到慈禧太后和榮祿這兩名主要罪犯。

在北京，聯軍的談判者內部很難磋商出一致的條件來。德國要求予以嚴厲懲治，德皇甚至揚言要踏平北京。他的目的是要“讓中國人再不敢對德國人側目而視"。由於克林德的被殺，德國陸軍元帥瓦德西伯酹被任命為在中國的聯軍總司令。英國支援德國以圖遏制俄國，而俄國正在討好中國，它希望把乘騷亂之機佔據的滿洲割讓給它。

日本不甘落後，也想巴結中國人；法國宣告它對中國沒有什麼企圖，而美國發表了有關門戶開放政策的第二個照會，支援“中國領土和行政權的完整”。在經過長時間的爭論之後，在1900年12月24日公佈了一項有十二條款的聯合照會，照會在1901年1月16日被清廷勉強接受下來。最後的解決辦法包括下列主要各點：

(一)懲辦罪犯。聯軍最初要求定十二名官員死罪，包括莊王、端王、剛毅、毓賢、李秉衡、徐桐和董福祥將軍。最後解決的辦法是賜令莊王自裁；端王充軍新疆，終身監禁；毓賢即行正法。董將軍被革職；剛毅、徐桐和李秉衡已死，均追奪原官。在各省，從判處死刑直到僅僅加以譴責的官員共有119名。

(二)賠款：賠款6750萬英鎊，合銀4.5億兩，在39年內償清，年利四釐，並以海關、厘金、地方關卡稅收及鹽務稅作保證。為了幫助籌措賠款，現行關稅應予提高，而且對在此以前的免稅貨物徵稅，

(三)其他重要條款：

(1)派代表團赴德國和日本道歉。

(2)各國設定常駐衛隊以保衛使館。

(3)拆毀大沽炮臺，以及北京與沿海之間的其他炮臺。

(4)兩年以內不得輸入武器。

(5)北京至沿海的關鍵地點駐紮外國軍隊。

(6)在拳民曾經肆虐過的45城鎮，停止考試五年。

這些內容具載於十二款的《辛丑各國和約》和十九件附件中，並由李鴻章、慶親王和十一國代表於1901年9月7日簽署。聯軍部隊於9月17日撤出北京，但清廷直到1902年1月7日才還都北京。