只有唐通的两千（一说八千）勤王军及时赶到，被派去守居庸关。
三月十五日，居庸关破，唐通投降。三月十六日，李自成的先锋抵达京郊，陷昌平，焚皇陵。
这一天，朱由检一边从容喝茶，一边在中左门以“安人心、剿寇、生财足用”为题考选滋阳知县黄国琦等33名地方官。
亥时，他接到这个消息，脸色骤变，起身入宫。
三月十七日，朱由检上朝询问守城之策，君臣对泣，束手无策，甚至有人提出起用“逆案”中人（即阉党），朱由检挥泪用手指在桌案上写下一行字（一说“文武官个个可杀，百姓不可杀”，一说“文臣个个可杀”），让东厂太监王之心看过后就抹去。
当天，李自成的军队开始攻城，守城的三大营多为老弱病残，毫无战斗力，一触即溃。
朱由检情绪失控，他“仰天长号，绕殿环走，拊胸顿足，叹息通宵”，大呼：“内外文武诸臣误我！误我！”
三月十八日早晨，他最后一次召见阁臣，说：“不如大家在奉先殿完事（自杀）”。
同日，李自成派已经投降的太监杜勋、申芝秀到北京城内，与朱由检交涉，开出的条件一说是“割地讲和”，让李自成在西北割据称王，犒饷银百万两，可协助平定其他起义军及辽东清军，但不朝觐；另一说是要朱由检“逊位”。
总之，朱由检没有答应。
当天上午风雨交加，午时雨停，李自成下令继续攻城。
未时，一群回回人（一说太监曹化淳）打开了广宁门，外城陷落。
朱由检得知外城陷落的消息后，欲召总督京营的襄城伯李国祯率三大营护驾，太监报告这些兵已经溃散，劝他快逃。
朱由检带着太监登上紫禁城后的煤山眺望，发现北京城已经被重重围困，难以脱身，便下山回到乾清宫。
初更，朱由检召妹夫巩永固、刘文炳带家丁护驾，两人回复按祖制不得拥有家丁。
随后，朱由检安排太监王之心、栗宗周、王之俊带着三名皇子出宫，送到成国公朱纯臣等人那里，接着与周皇后等嫔妃举行最后的酒宴，要求她们自尽。
周皇后回到坤宁宫就自缢了，袁贵妃被朱由检砍伤。
随后，朱由检怒吼着“为什么要生在我家”，先后挥剑砍向长平公主和昭仁公主，前者被砍断手臂而昏厥，后者当场死亡，又派人到各宫催促懿安太后及西李自尽。
其后，朱由检召见提督京城内外太监王承恩议事，并与他饮酒。
三更，朱由检到王承恩住处，换上大帽及宦官的衣服，手持三眼铳，带着数百名太监先后到朝阳门、崇文门、正阳门突围，均告失败，朱由检被迫与王承恩回宫，换了衣服。
此时已是三月十九日的五更，朱由检亲自撞钟召集文武百官，但无一人入朝。
最后，他与王承恩登上煤山，在一棵树上自缢，王承恩也相对自缢。
据说朱由检临终前徘徊许久，感慨群臣中没人陪他，又自我安慰说群臣不知道自己行踪，然后才自缢。
朱由检自缢当天上午，北京全城投降，李自成进入皇城，发现周皇后等女眷的遗体，三名皇子也被太监栗宗周、王之俊出卖而成了俘虏，但未发现朱由检的去向。
于是李自成悬赏黄金万两搜寻朱由检，直到三月二十日中午，朱由检的遗体才被发现。
他身穿蓝色道袍，披头散发，遮住了脸，右脚穿着袜子和红方舄，左脚赤脚，胸中背心有带血遗诏，强调“诸臣误朕”，最后说“任贼分裂朕尸，勿伤百姓一人”。
遗诏上还有一行墨书写着“百官俱赴东宫行在”，据说朱由检在三月十八日曾下朱谕于内阁，要求成国公朱纯臣辅佐太子。
当宦官将朱谕送入内阁时，阁臣们早已作鸟兽散，宦官复命时也找不到朱由检所在，而朱由检以为阁臣已看到朱谕，所以在遗诏上留下了这行话。
朱由检的遗体被运至东华门外，与周皇后的遗体放在一起，“诸臣哭拜者三十人，拜而不哭者六十人，余皆睥睨过之”。
其后，李自成在明朝太监王德化等的请求下，用较好的棺材重新收殓朱由检夫妇的遗体，四月初三日埋在田贵妃墓中，只有太监和百姓为朱由检送葬。
在这期间，自杀殉国的明朝臣子有新乐侯刘文炳及其弟都督刘文耀、彰武侯杨崇善、惠安侯张庆臻、东宫侍卫周镜、驸马都尉巩永固、宣城伯卫时春七名勋戚以及范景文、倪元璐、李邦华等二十余名文臣。
其他勋戚及文武官员基本上都向李自成投降，陈演、朱纯臣还带头劝进于李自成，不过他们随即受到李自成的追赃拷掠，许多人在这过程中死去。
五月，清军入关，占据北京。
清摄政王多尔衮宣布为朱由检发丧三天，为此需要拟定庙号和谥号。
这项任务被交给李明睿，李明睿拟庙号为“怀宗”，谥号“钦天守道敏毅敦俭弘文襄武体仁致孝庄烈端皇帝”，陵号“思陵”。
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