古精銳騎兵回師協助京師防務，但這四萬騎兵其一萬擔負正面防禦的突擊任務外，其餘三萬蒙古騎兵他全把他們置於北京城城北，伺機機動打擊人民軍。

在京畿地區，擔負北京城主要防禦的清軍部隊是清軍八旗御林軍的前鋒營、護軍營、驍騎營、步軍營、健銳營、火器營、神機營等約五萬餘人、清軍綠營十萬餘人、新式清軍四萬餘人、西洋僱傭軍五千餘人。其中西洋僱傭軍，剛組建不到兩個月，是清廷總理事務衙門與英、法、美、西四國談判軍費賠款時，高價聘請準備返國的侵華聯軍士兵而組建的，原本是為了對付東南的太平軍，他們整編為一個師。北京地區吃緊後，西洋僱傭軍掉頭北上，緊急遠抵北京城。該師編為3個步兵團、一個炮兵營、1個工兵連和一個通訊與偵察連，軍官和士兵多是來自美國軍隊與西班牙軍隊的百戰老兵。西洋僱傭軍負責守護北京城城東，以朝陽門為核心展開防禦。

朝陽門是北京的糧門，南方的糧食從京杭大運河運抵通州卸船，然後從朝陽門進入北京城，存放在朝陽門內的幾座大倉庫內。朝陽門甕城門洞上，也因此刻有一枝穀穗。朝陽門內有祿米倉衚衕、北新倉衚衕，什剎海東有白米斜街，這些都是清廷儲糧的大倉庫所在地。朝陽門內還建有一座關帝廟，但廟裡只有神牌，而沒有神像。為了方便運糧，從通州到朝陽門間鋪有一條石道，這是京城除皇帝走的御道外，惟一一條用石板鋪砌的道路。朝陽門是一個稅關，門外東側有個“關東店”，這裡旅店林立，商賈雲集，許多在關城門前沒進城的人，大多在朝陽門稅關東側的旅店留宿，只是今日，北京城被圍，關東店早已人去樓空，一片荒落了！

第二天，一切準備就緒，上午八點正，人民軍對北京城的總攻開始。東面負責佯攻的人民軍第十二軍不甘心總擔任配角角色，他們在總攻打響的那一刻起，便投入三個營，並列展開，北翼的第48師第144團一營以東直門為目標，中間的第48師第143團二營以朝陽門為目標，南翼的第47師第141團三營以東便門為目標，並肩發起攻擊。第十二軍認為隨著北京城外圍戰的順利結束，北京城防禦戰將是一觸即潰，樂觀地以為天黑前就能進入北京城城區，但是在北京城城東面城牆一線，卻遭到了敵軍異常頑強的抵抗。——敵軍依城牆特點精心設定的防禦陣地準備特別充分，中間以堅固的火炮火力點為核心，四周以恐怖的可擲物及強大火器作掩護，各火力點又相互銜接，構成綿密的交叉火力網，防禦體系相當完備。第十二軍根本不知道西洋僱傭軍的存在。

人民軍吃虧在於不能進行強大的火炮轟擊支援，第48師第143團二營呼喊著，殺聲震天衝近護城河，許多人民軍戰士很順利地渡過護城河，正興高采烈間，卻突然遭到城牆上敵軍各種火炮，各種火力的打擊，他們的遠端火炮阻擋人民軍後續部隊的上來，而老式火炮與步槍則打擊已渡過河的人民軍，人民軍前後不濟，損失慘重，看來二營是落入了陷阱——敵軍故意將人民軍放過河來，以便就近和反衝擊給予打擊。第一波攻擊之後，第十二軍軍長朱宜松才知有不少的西洋人參戰，氣得對著天空大罵：“娘希匹！”

北翼的第48師第144團一營的攻擊也接連遭挫，此處由清軍八旗兵防守，他們自知己方火力不如人民軍，不敢把人民軍放得太近，一挨人民軍接近護城河，他們便各種利器如暴雨般射出，寬大的護城河是橫在人民軍戰士面前一道不可逾越的障礙，一營每每接近護城河，便被壓得抬不起頭來，談何入水渡河？一營竭盡全力嘗試幾次，付出巨大代價，還是在黃昏前不得不被其它部隊替換下來。

同一天，人民軍四個方向的進攻均被北京城守軍擊退。全天，人民軍惟一的收穫便是在北京城西面與南面人民軍實施強攻的護城河附近，挖掘出了一些戰壕，在一段護城河上搭架起了幾座浮橋。

5月2日，是人民軍發起總攻的第二天，從早晨到中午，針對護城河面上的幾座浮橋，清軍無數次組織出城對浮橋實施破壞性攻擊，其頑強與英勇令人民軍亦感到膽戰心驚，兩個主攻方向的陣地前，鋪滿了清軍士兵的屍體，但是其後續部隊吶喊衝鋒依舊毫無懼色！那幾座浮橋被炸了、燒了、倒了、散了，又重被人民軍架起，它們始終矗立在護城河中。

中午後，南面擔任主攻的第九軍的第35師在軍情部北京中心情報站策反的清軍部隊放水下，他們攻入城中，完全佔領了北城與西城貧民居住區，第九軍軍長周寧濤透過電話即刻令第35師派出一個團向東移動，配合右翼的第34師與第33師對中城、南城與東城的進攻。