九月十五日晨，天理教徒分作东西两路，东路在首领陈爽、陈文魁带领下进攻东华门，西路在刘第五、祝现等带领下进攻西华门。日方晡时（下午3点至5点之间），来到东华门的天理教徒由于和往宫中送煤的人发生了争执，一名天理教徒脱衣露刃，送煤人急声呼喊，被守门清军听见，急忙关闭宫门。天理教徒见势不妙，即刻抽出战刀，径直冲入门内。结果只冲进了陈爽等数人，大门就已关闭，陈文魁和大部分教徒则被挡在门外，被迫分散，各自出城隐匿起来。陈爽等在太监刘得财、刘金引导下，于协和门与清军展开激战。礼部侍郎觉罗宝兴命人关闭景运门，入告皇次子宁（即后来的道光帝），宁慌忙下令取撒袋、鸟枪、腰刀迎战。
攻打西华门的天理教徒在太监杨进忠的接应下，全队五六十人顺利冲进门内，迅速关闭城门，以拒官军;又爬上城楼，插上白旗，以号召城外的天理教徒。接着有一部分天理教徒向皇帝居住的养心殿进发，他们打着大明天顺顺天保民的小白旗，由太监高广幅等引路，很快打到了隆宗门一带。此时隆宗门已关闭，天理教徒抢下门外摆放的弓箭，向门内施放起来。
至今隆宗门匾额右上方遗留的一支箭头，很可能就是他们所射。另一部分天理教徒也打到文颖馆、尚衣监等地，与清军展开了激烈的白刃战。
天理教徒攻进紫禁城，使清统治者猝不及防，乱作一团，宁与几个亲王仓皇迎战。这时几个天理教徒已翻越宫墙来到养心殿附近，宁慌乱中用鸟枪击毙两名教徒。礼亲王昭、庄亲王绵课闻变后，临时调来千余名火器营兵，赶至隆宗门下，与天理教徒展开激战。天理教徒虽拼命抵御，但因力量悬殊，寡不敌众，很快即被打散，刘第五、祝现等人跳城逃脱，未能冲出城的天理教徒也在慌乱中分别潜伏于宫中各处，继续坚持战斗。
天理教首领李五在清军搜捕时，挺刀与官兵格杀，被伤甚重，是夜毙焉。有一位天理教徒在嘉庆二十二年被捕后回忆当年在紫禁城内的战斗情形时说：我藏在夹道子里，只见一个头戴水晶顶大花翎子的官员，向一个白布缠头拿刀的追赶，那官员赶上，踢掉刀子，就用腰刀将他杀了。我因同教的人被杀，就上前拾起刀子，把他砍倒……我是习教弟子，一秉至诚，死而无怨。这些都表明了天理教徒起义时的奋不顾身、视死如归。
与天理教徒的顽强斗争精神形成鲜明对照的是清统治者的惊慌之态。宫廷内的后妃、皇子以及显贵大臣、武将勋戚等，平时作威作福，神气十足，然而紫禁城内的惊人之变，犹如晴天霹雳，吓得他们魂飞魄散，尽成惊弓之鸟，纷纷逃离紫禁城。
直至九月十七日，皇亲国戚以及大臣、兵丁还心神未定，遇有动静，草木皆兵。
九月十六、十七两日，清军在宫门内大肆搜索，擒获30多个天理教徒。十七日早，由于叛徒告密，坐镇大兴黄村的天理教首领林清被捕。至此，天理教在京城的反清起义以失败而告终。