三月十五日，大顺军进抵居庸关，唐通和监军太监杜之秩投降，号称天险的京师“北门锁钥”，便在大顺军面前敞开了。
大顺军的逼近京师，给明廷蒙上一片阴沉的气氛，朱由检和他的大臣们陷入了束手无策的境地。三月十六日，大臣们在朝房商讨对策，一个个“但相顾不发一论”。同一天，朱由检故作镇定，按照常例召对考选诸臣，以抵御满洲贵族军队和农民起义军以及筹措兵饷为题，挨次奏对。在厄运临头的时候，他做这种毫无实际意义的官样文章，只不过是借以安定人心。然而，就连他本人内心的恐惧也无法掩饰了。据时人刘尚友记载，朱由检在听取诸臣奏对时已经心不在焉：“上或凭几而听之，或左右顾而哂之，或斟茶，或磨墨，皆亲手自为之。如忽忽无绪然，非平时庄涖景象也。”“闻是日帝笑语颇失恒度。”奏对还没有结束，内官使忽然递进一件密封文书。朱由检一看，立刻面无人色，皇遽退入后宫。参加奏对的臣工们面面相觑，不知道是怎么回事，出来后一打听才知道是报告昌平失守，起义军即将兵临城下了。
就在这天的傍晚，大顺军先头部队到达京师北面的土城（即元大都北面城墙遗址）。十七日，义军进抵北京城下，开始攻城。京师里立即象开了锅一样乱作一团，“人人惶急，莫知所措。士大夫相见，唯唯否否，或曰无害，或曰奈何？惟议巡街闭门，无一胜算也。”有的官僚心怀侥幸，“犹谓城坚势重，外有大帅足倚，围三月未伤也。故城中多务积煤米，余无所问。”崇祯皇帝则“仰天长号，绕殿环走，拊胸顿足，叹息通宵，大呼：‘内外诸臣误我，误我！’仓皇召对，人人战栗无策，噤不发声。”守城的重任完全落到了宦官手里，被驱赶上城守垛的士兵平时既无训练，临事又缺粮饷，“守垛之兵，饥不得食。或母或子，携粥至城下狂呼，不知守之所在。一日再食者十无一二。”襄城伯李国祯所统京兵三大营屯扎于城外，大顺军一到立即全部投降，火炮等器械转手之间便成了义军攻城的利器。
大顺军围攻北京的时候，李自成在昌平、北京之间的沙河巩华城设下临时总部，由大将刘宗敏担任前线总指挥，攻取北京。为了尽量减少攻城时人民生命财产的损失以及日后进兵中的阻力，李自成等义军领导人认为，争取朱由检投降是比较理想的。于是，派了在宣府投降过来的太监杜勋等人进入城内，敦促朱由检看情形势，及早投降。关于这次谈判的情况，史籍中言人人殊。根据原始材料来考查，可以大致确定谈判的经过如下：杜勋到城下后，由于当时的城守掌握在太监之手，没有遇到什么阻拦就被城守太监曹化淳、王德化等用绳索吊到城上。杜勋说明了来意，指出大顺军兵势浩大，明廷根本无力抵敌，转达了义军领袖要求朱由检“逊位”的意见。朱由检自知已成瓮中之鳌，除了接受起义农民的条件之外只有死路一条。这时，他处于贪生之念与博个“国君死社稷”的“美名”之间的矛盾之中。长期君临一切的至高无上的地位和极端的爱面子，阻碍了他接受杜勋转达的要求，而一口拒绝就无异于宣判自己的死刑。在这种两难之中，他指使亲信太监同杜勋继续谈判，希望通过讨价还价争取到一个比较可以接受的条件，或许还希望拖延谈判，等待各地勤王官军的到来。谈判一直延至十八日晚，即义军攻克北京的前夕。史料记载说，十八日晚，明兵部尚书张缙彦巡视城头，走到正阳门附近，见“其处之城上有酒筵，上坐者一人，旁坐者皆内官。则数人见缙彦起。缙彦问何人？内官曰：城下都督爷。缙彦惊问何以得上？内官出一纸，草纸也，其上墨写‘再与他谈’四字，帝之御书。缙彦默然。”清朝初年，张缙彦任职浙江布政司时，“有问以巡城事，无异词，惟帝之御书草纸谓是硃写非墨写。”
朱由检的拖延不决，超过了起义农民的忍耐限度，大顺军开始了大规模的攻城，崇祯年间满洲贵族军队几次攻到京师附近，明王朝都是依靠各地勤王兵才守住京师的，这次却没有任何勤王兵参加守城，京营兵的腐败已经到了不堪一击的程度。朱由检欲战不能，欲和不愿，只有坐待灭亡。三月十八日夜间，大顺军将士爬城而入，占领了外城。朱由检感到火烧眉毛了，他“徘徊殿廷，忧懑计无所出。”内官张殷忽然跑上前来说道：“皇爷不须忧愁，奴辈有策在此。”朱由检忙问何策？答道：“贼若果然入城，直须投降便无事矣。”朱由检大怒，一剑把张殷砍死。直到这时，他还妄图突围逃命。他先要皇亲国戚巩永固、刘文炳等召集家丁护驾，得到的答覆却是人心已散，无法可想。他仍不死心，自己手持三眼枪带着一批内官象没头苍蝇似的向齐化（朝阳）、安定等门乱窜，但却碰壁而回。最后，他领着太监王承恩爬到煤山（今景山）顶上四处瞭望，看到城外烽火连天，已经插翅难逃了，才下了狠心上吊自尽。临死之前，他逼使皇后周氏自缢，对长女乐安公主朱徽娖怒喝一声“为何生我家？”挥剑砍去，朱徽娖举手遮挡，被砍断右臂，昏倒在地；又杀死幼女昭仁公主。他还念念不忘要同起义农民斗争下去，把太子、永王、定王叫来，让他们换上平民衣装，嘱咐道：“汝今日为太子，明日为平人，在乱离中匿形迹，藏姓名，见年老者呼之以翁，年少者呼之以伯叔。万一得全，报父母仇，无忘吾今日戒也。”说罢，派太监领去躲藏。朱由检的最后一道谕旨，是发给成国公朱纯臣的，命他总督内外诸军，且托以东宫。这道谕旨送到内阁还未及发出，就被大顺军缴获了。
三月十八日深夜，外廷大小官僚们还在梦中，宫内已经乱成一团。皇帝不知去向，皇家的变乱又是那样怵目惊心，宫女和太监们纷纷夺门而逃，络绎道路，在一片惊惶骇乱的景象当中，紫禁城迎来了黎明。
一六四四年旧历三月十九日，大顺农民军占领了北京，宣告了明王朝反动统治的覆亡。这天上午，大顺军迈着胜利的步伐由外城通过正阳门、崇文门、宣武门进入北京内城。史籍载，“刘宗敏整军入，军容甚肃。”大顺军纪律严明，进城后迅速地建立起革命秩序，有效地维护了社会治安。北京城里的居民热烈欢迎农民军，皆在门口设立香案，大书“大顺永昌皇帝万岁，万万岁”，有的人在帽子上也贴上“顺民”字样，“往来奔走如故”。
李自成在得到京师已经攻克的捷报后，从巩华城来到北京，于中午时分由德胜门入城。
在刘宗敏、牛金星、宋献策等文武大员的陪同下，李自成这个当年的驿站马夫，骑着高头大马来到了象征着封建帝国权威所在的皇城。立马承天门下，李自成抚今追昔，感慨万千。忽然，他拿起弓来，搭上一支箭，照着承天门的门扁上射了过去。“奉天承运”的朱明王朝垮台了。
李自成等进宫时，明太子朱慈烺“跪迎于门左，遂仆地。”李自成叫人把他扶起来。接着又搜获了永王朱慈炯、定王朱慈焕。兄弟三人身“穿民间破衣，帽上亦贴顺民二字。”李自成命人给他们换下破衣服，吩咐他们不必害怕，“今日即同我子，不失富贵。”随即将明太子和二王交刘宗敏营内看管。不久，李自成封明太子为宋王，定王为安定公，永王也改封公爵。这在当时只是一种策略性的举动，目的是招徕原为明王朝效劳的文武官员。自成在官内看到被朱由检砍伤的袁妃和长公主，也为之叹息，“令扶去本宫，各调理之。”
当时的头等大事是要查明崇祯皇帝的下落。宫中既找不到朱由检的踪迹，内官和宫女也说不清去向。尚玺卿黎志陞说：“此必匿民间，非重赏严诛不可得。今日大事，不可忽也。”于是，一面“令诸将南追”，一面出牌大书曰：“主上救民水火，克破京城。其崇祯逃出紫金城外，有能出首者赏黄金一千两；隐匿者诛其全家。”过了两天，有个内官在煤山发现了朱由检所骑的马，才寻踪找到了朱由检的尸体。吊死皇帝的衣袖上写着“因失江山，无面目见祖宗，不敢终于正寝。”又一行云：“百官俱赴东宫行在”，说明这个反动头子，直到葬身于农民革命的烈火中时，还寄希望于太子和百官同起义农民继续对抗下去。大顺政权把朱由检和周后的尸体移出宫禁，停在东华门外示众。那些不久前还在朝廷上争权固宠的明朝官僚们，这时皆树倒猢狲散，有的钻头觅缝，希冀改换门庭；有的藏头露尾，避之唯恐不及。总之，已没有多少人再去理会这具政治僵尸了。四月初，由大顺政权派员将崇祯帝、后葬入昌平县田贵妃墓。