三月十五日，大順軍進抵居庸關，唐通和監軍太監杜之秩投降，號稱天險的京師「北門鎖鑰」，便在大順軍面前敞開了。
大順軍的逼近京師，給明廷蒙上一片陰沉的氣氛，朱由檢和他的大臣們陷入了束手無策的境地。三月十六日，大臣們在朝房商討對策，一個個「但相顧不發一論」 。同一天，朱由檢故作鎮定，按照常例召對考選諸臣，以抵禦滿洲貴族軍隊和農民起義軍以及籌措兵餉為題，挨次奏對。在厄運臨頭的時候，他做這種毫無實際意義的官樣文章，只不過是藉以安定人心。然而，就連他本人內心的恐懼也無法掩飾了。據時人劉尚友記載，朱由檢在聽取諸臣奏對時已經心不在焉：「上或憑几而聽之，或左右顧而哂之，或斟茶，或磨墨，皆親手自為之。如忽忽無緒然，非平時庄涖景象也。」「聞是日帝笑語頗失恆度。」 奏對還沒有結束，內官使忽然遞進一件密封文書。朱由檢一看，立刻面無人色，皇遽退入後宮。參加奏對的臣工們面面相覷，不知道是怎麼回事，出來後一打聽才知道是報告昌平失守 ，起義軍即將兵臨城下了 。
就在這天的傍晚，大順軍先頭部隊到達京師北面的土城（即元大都北面城牆遺址）。十七日，義軍進抵北京城下，開始攻城。京師里立即象開了鍋一樣亂作一團，「人人惶急，莫知所措。士大夫相見，唯唯否否，或曰無害，或曰奈何？惟議巡街閉門，無一勝算也。」 有的官僚心懷僥倖，「猶謂城堅勢重，外有大帥足倚，圍三月未傷也。故城中多務積煤米，余無所問。」 崇禎皇帝則「仰天長號，繞殿環走，拊胸頓足，嘆息通宵，大呼：『內外諸臣誤我，誤我！』倉皇召對，人人戰慄無策，噤不發聲。」 守城的重任完全落到了宦官手裡，被驅趕上城守垛的士兵平時既無訓練，臨事又缺糧餉，「守垛之兵，飢不得食。或母或子，攜粥至城下狂呼，不知守之所在。一日再食者十無一二。」 襄城伯李國禎所統京兵三大營屯紮於城外，大順軍一到立即全部投降，火炮等器械轉手之間便成了義軍攻城的利器。
大順軍圍攻北京的時候，李自成在昌平、北京之間的沙河鞏華城設下臨時總部，由大將劉宗敏擔任前線總指揮，攻取北京。為了盡量減少攻城時人民生命財產的損失以及日後進兵中的阻力，李自成等義軍領導人認為，爭取朱由檢投降是比較理想的。於是，派了在宣府投降過來的太監杜勛等人進入城內，敦促朱由檢看情形勢，及早投降。關於這次談判的情況，史籍中言人人殊。根據原始材料來考查，可以大致確定談判的經過如下：杜勛到城下後，由於當時的城守掌握在太監之手，沒有遇到什麼阻攔就被城守太監曹化淳、王德化等用繩索吊到城上 。杜勛說明了來意，指出大順軍兵勢浩大，明廷根本無力抵敵，轉達了義軍領袖要求朱由檢「遜位」的意見 。朱由檢自知已成瓮中之鰲，除了接受起義農民的條件之外只有死路一條。這時，他處於貪生之念與博個「國君死社稷」的「美名」之間的矛盾之中。長期君臨一切的至高無上的地位和極端的愛面子，阻礙了他接受杜勛轉達的要求，而一口拒絕就無異於宣判自己的死刑。在這種兩難之中，他指使親信太監同杜勛繼續談判，希望通過討價還價爭取到一個比較可以接受的條件，或許還希望拖延談判，等待各地勤王官軍的到來。談判一直延至十八日晚，即義軍攻克北京的前夕。史料記載說，十八日晚，明兵部尚書張縉彥巡視城頭，走到正陽門附近，見「其處之城上有酒筵，上坐者一人，旁坐者皆內官。則數人見縉彥起。縉彥問何人？內官曰：城下都督爺。縉彥驚問何以得上？內官出一紙，草紙也，其上墨寫『再與他談』四字，帝之御書。縉彥默然。」清朝初年，張縉彥任職浙江布政司時，「有問以巡城事，無異詞，惟帝之御書草紙謂是硃寫非墨寫。」
朱由檢的拖延不決，超過了起義農民的忍耐限度，大順軍開始了大規模的攻城，崇禎年間滿洲貴族軍隊幾次攻到京師附近，明王朝都是依靠各地勤王兵才守住京師的，這次卻沒有任何勤王兵參加守城，京營兵的腐敗已經到了不堪一擊的程度。朱由檢欲戰不能，欲和不願，只有坐待滅亡。三月十八日夜間，大順軍將士爬城而入，佔領了外城 。朱由檢感到火燒眉毛了，他「徘徊殿廷，憂懣計無所出。」內官張殷忽然跑上前來說道：「皇爺不須憂愁，奴輩有策在此。」朱由檢忙問何策？答道：「賊若果然入城，直須投降便無事矣。」朱由檢大怒，一劍把張殷砍死 。直到這時，他還妄圖突圍逃命。他先要皇親國戚鞏永固、劉文炳等召集家丁護駕，得到的答覆卻是人心已散，無法可想 。他仍不死心，自己手持三眼槍帶著一批內官象沒頭蒼蠅似的向齊化（朝陽）、安定等門亂竄，但卻碰壁而回。最後，他領著太監王承恩爬到煤山（今景山）頂上四處瞭望，看到城外烽火連天，已經插翅難逃了，才下了狠心上吊自盡 。臨死之前，他逼使皇后周氏自縊，對長女樂安公主朱徽娖怒喝一聲「為何生我家？」揮劍砍去，朱徽娖舉手遮擋，被砍斷右臂，昏倒在地；又殺死幼女昭仁公主。他還念念不忘要同起義農民鬥爭下去，把太子、永王、定王叫來，讓他們換上平民衣裝，囑咐道：「汝今日為太子，明日為平人，在亂離中匿形跡，藏姓名，見年老者呼之以翁，年少者呼之以伯叔。萬一得全，報父母仇，無忘吾今日戒也。」 說罷，派太監領去躲藏。朱由檢的最後一道諭旨，是發給成國公朱純臣的，命他總督內外諸軍，且托以東宮 。這道諭旨送到內閣還未及發出，就被大順軍繳獲了。
三月十八日深夜，外廷大小官僚們還在夢中，宮內已經亂成一團。皇帝不知去向，皇家的變亂又是那樣怵目驚心，宮女和太監們紛紛奪門而逃，絡繹道路，在一片驚惶駭亂的景象當中，紫禁城迎來了黎明。
一六四四年舊曆三月十九日，大順農民軍佔領了北京，宣告了明王朝反動統治的覆亡。這天上午，大順軍邁著勝利的步伐由外城通過正陽門、崇文門、宣武門進入北京內城 。史籍載，「劉宗敏整軍入，軍容甚肅。」 大順軍紀律嚴明，進城後迅速地建立起革命秩序，有效地維護了社會治安。北京城裡的居民熱烈歡迎農民軍 ，皆在門口設立香案，大書「大順永昌皇帝萬歲，萬萬歲」，有的人在帽子上也貼上「順民」字樣，「往來奔走如故」 。
李自成在得到京師已經攻克的捷報後，從鞏華城來到北京，於中午時分由德勝門入城 。
在劉宗敏、牛金星、宋獻策等文武大員的陪同下，李自成這個當年的驛站馬夫，騎著高頭大馬來到了象徵著封建帝國權威所在的皇城。立馬承天門下 ，李自成撫今追昔，感慨萬千。忽然，他拿起弓來，搭上一支箭，照著承天門的門扁上射了過去。「奉天承運」的朱明王朝垮台了。
李自成等進宮時，明太子朱慈烺「跪迎於門左，遂仆地。」 李自成叫人把他扶起來。接著又搜獲了永王朱慈炯、定王朱慈煥。兄弟三人身「穿民間破衣，帽上亦貼順民二字。」 李自成命人給他們換下破衣服，吩咐他們不必害怕，「今日即同我子，不失富貴。」 隨即將明太子和二王交劉宗敏營內看管。不久，李自成封明太子為宋王，定王為安定公，永王也改封公爵 。這在當時只是一種策略性的舉動，目的是招徠原為明王朝效勞的文武官員。自成在官內看到被朱由檢砍傷的袁妃和長公主，也為之嘆息，「令扶去本宮，各調理之。」
當時的頭等大事是要查明崇禎皇帝的下落。宮中既找不到朱由檢的蹤跡，內官和宮女也說不清去向。尚璽卿黎志陞說：「此必匿民間，非重賞嚴誅不可得。今日大事，不可忽也。」於是，一面「令諸將南追」 ，一面出牌大書曰：「主上救民水火，克破京城。其崇禎逃出紫金城外，有能出首者賞黃金一千兩；隱匿者誅其全家。」 過了兩天，有個內官在煤山發現了朱由檢所騎的馬，才尋蹤找到了朱由檢的屍體。弔死皇帝的衣袖上寫著「因失江山，無面目見祖宗，不敢終於正寢。」又一行云：「百官俱赴東宮行在」 ，說明這個反動頭子，直到葬身於農民革命的烈火中時，還寄希望於太子和百官同起義農民繼續對抗下去。大順政權把朱由檢和周后的屍體移出宮禁，停在東華門外示眾 。那些不久前還在朝廷上爭權固寵的明朝官僚們，這時皆樹倒猢猻散，有的鑽頭覓縫，希冀改換門庭；有的藏頭露尾，避之唯恐不及。總之，已沒有多少人再去理會這具政治殭屍了。四月初，由大順政權派員將崇禎帝、後葬入昌平縣田貴妃墓 。