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，入告皇次子旻宁(即后来的道光帝)，旻宁慌忙下令取撒袋、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，旻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，旻宁慌乱中用鸟枪击毙两名教徒。礼亲王昭梿、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(1817)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。