李鸿章此次进京，首先映入眼帘的，是八国联军劫后惨景：“都中蹂躏不堪，除宫殿外，无一免者。”八国联军不仅把一座文明古都夷为“荒野”，而且在北京城内划分区域，分段占领，进行直接的军事殖民统治，各国只承认奕劻和李鸿章两位全极大臣住处为中国地方，其余地方均被视为“外国辖境”。其实，即使作为中国全权大臣的奕励和李鸿章何尝逃脱了外国的武力控制呢！奕劻住宅有日本兵持枪守护，李所下榻的贤良寺门口有俄国兵守护。无怪乎外国人说奕励“如一囚徒”，李鸿章“实际上是受到礼遇的俘虏”。
在中国两位全权大臣之中，虽说奕劻以亲王之尊而列名于前，但实际主事的却是季鸿章。据“相随入京”的张翼揭发：“和局大事，两全权并未妥商也。”李鸿章“大权独揽，左右无人”，而奕劻则“别有深意”的“事事尽让”。他对李鸿章表示：“我公系国家柱石，实为当今不可少之人。凡事均须借重，木爵拱听指挥耳！”因此，“每当聚议时，一切辩驳均由李鸿章陈词，凡事皆力争上游，而所奏行在折电，概出鸿章之手。”以慈禧为首的清廷则恃奕劻、李鸿章“为泰山，望电报如饥渴。”慈禧生怕被抛弃，急于求得列强谅解。
李鸿章抵京之后，就拜访各国公使，请求尽早议和，当即遭到拒绝，在他们看来，中国“既已一败涂地至此，尚欲议和耶？惟有懔遵各国所示而已！”各国交相使用政治和军事压迫手段，力图追使清廷就范。
八国联军统帅瓦德西于 10 月 17 日到达北京，公然住进中南海仪鸾殿。他本着“对待中国人切勿让步，切勿表露忙态”的所谓”根本原则”，在将近一个月的时间里，拒绝会见奕劻和李鸿章，反而常在各国驻华使节中活动，唆使他们对华采取强硬态度，并派兵四出攻掠。由于瓦德西坚持武力扩张政策，致使南至正定，北至张家口，东至山海关，均在联军势力圈内，联军所到之处，焚杀淫掠，无所不为，在保定杀害直隶布政使廷雍等高级官吏，并在各地与清军狼狈为奸，残酷镇压义和团。
就在瓦德西指挥八国联军四出攻掠的同时，各国外交人员也在进行紧急政治磋商，力图找到一个能够为大家共同接受的侵华方案。10 月 4 日法国政府提出备忘录，主张以惩凶、赔款、在北京驻扎军队、平毁大沽炮台、禁止输入武器、占领大沽至北京铁路线上两三处地方等六项要求作为开始议和的基础。10 月 16 日英、德达成协议，主张“维持中国领土不使变更”，中国江河、沿海各口岸对各国的贸易和其他正当经济活动“自由开放，毫无差别”。这个协定与美国“门户开放”政策相似，得到大多数列强的赞同。这样，列强对华政策终于协调一致：形式上保持“中国的领土和行政完整”，继续维护以慈禧为首的清政府，作为它们统治中国的工具。基于这项原则，各国公使就与中国议和大纲问题进行了“甚为秘密”的商讨。他们阴谋自行商定议和大纲，然后强迫清政府接受。
李鸿章∪劻处于清廷与列强之间，感到左右为难，于是权衡轻重，一面向列强苦苦哀求，一面对清廷危词恫吓，而其着力点则在于迫使清廷“委曲求全”。
李鸿章首先遵旨争取停战议和，防止联军进犯山西。他请求各国公使说情劝阻“联军勿庸西去”，并急于谋求与统率联军的瓦德西直接会晤。直至11 月 15 日瓦德西才接见李鸿章∪劻。在谈话中，李鸿章∪劻要求尽快开始谈判。瓦德西声称“和议之事，可望于短期之内实现”，并“明白宣言”联军将在直隶过冬，要求清军撤出直隶，因为直隶为他的“占领区域”。如果清军撤出，他就“将停止一切敌视行动”。11 月 20 日瓦德西进行回访，当面交给李鸿章一份联军占领区域图，李鸿章认为联军占领区域“过于宽广”，而瓦德西则断然表示“不能再将其缩小”。第二天，李鸿章电告盛宣怀：“昨与德瓦帅面定图界，联军不过沧州、河间、正定以南，界外我军随处可扎”。其实联军占领区域并非局限于南方，还包括北方“自长城山海关以至于张家口西面之山西省边境”广大范围。瓦德西对德皇说：此间“未曾发生巨大战事”，究其原因，“系由华人有意避免战争”。而在“有意避免战争”的“华人”中，处于决策地位的是李鸿章，他认为“如与联军抗拒，徒增国家之害”，因此密令直隶清军不准“接战”，而要“优礼劳军，吏迎兵撤，示以无他”。
李鸿章不仅主张“优礼”联军，而且胁迫清廷以惩办“祸首”来阻止联军西犯和争取开始谈判。清廷指示李鸿章和奕励就惩办“祸首”问题提出意见，候旨定夺，李鸿章和奕劻经过再三斟酌，复奏建议惩办“祸首”加重“至圈禁发遣为止”。不料各国公使要求将庄亲王载勋、怡亲王溥静、贝勒载濂、载滢、端郡王载漪、辅国公载澜、都察院左都御史英年、协办大学士吏部尚书刚毅、刑部尚书赵舒翘、甘肃提督董福祥、山西巡抚谎贤一律正法。李鸿章∪劻一面与各国公使交换意见，一面电请杨儒等驻外公使“婉商外部”，争取“迅速开议，并于祸首稍从轻减”。但结果毫无所得。清廷有鉴于此，特于 11 月 13 日发布渝旨，宣布对“肇祸诸臣”严加惩处，借“以服天下之心，而释友邦之憾”；端都王载漪著革去爵：职，与已革庄亲王载勋均暂交宗人府圈禁，俟军务平定后，再发往盛京永远圈禁：溥静、载滢、载濂、载澜、英年、刚毅、赵舒翘等也分别受到圈禁、降调、闭门思过、充当苦差等不同程度的，惩治。荣禄电告李鸿章，说清廷此举，是他“婉切上陈”的结果。李鸿章非常反感，认为是自己的“苦口忠言”打动了清廷，而荣禄却“颇自居功，圆媚可卑”。
各国公使对清廷此次惩办“祸首”，既无一人正法，又未涉及：董福详，颇为不满，联合发出照会，坚持要求处死载勋等，并惩办、毓贤、董福祥，石则“和议断难望成”。奕励、李鸿章将各国公使照会内容电告清廷，并特别强调了两个事实，（一）“目下情形日紧”，联军已派兵“看守”西陵，“又分兵往东陵、张家口，实主力难劝阻”，英、德海军司令到过南京，“不知意之所在”：（二）维持对驻俄公使杨儒透露：“议若不成，各国有开春截秦运道，或另立政府之谋”。慈禧和荣禄阅读来电，震惊不已，深感“事机紧追”，清延于 11 月 22 日电询李鸿章∪劻各国所开条款内容，“有无万不能行之事”，并表示“大局攸关，款议可成不可败”，由全权大臣相机审势，力图补救，朝廷不为遥制。11 月 25 日电谕李鸿章∪劻除坚持“懿亲不加重刑”外，同意将硫贤“置之重典”。12 月 3 日发布上谕，将董福样“革职留任”，令“克日驰回甘肃，扼要设防，以观后效。”荣禄随即致电李鸿章∪劻，解释所以未能严惩董福祥的原因：“陕甘军民附之者太众，势不得不暂为羁縻，徐图安置。”
除了惩办“祸首”问题之外，还有个“两宫回銮”问题。当时名国均以“两宫回銮”作为议和的先决条件，名曰请“速回銮驾，自秉大权，和商一切”，而实际上却是企图用武力挟制慈禧和光绪，胁迫清廷彻底投降。慈禧深恐受制，联军不撤，决不回京。李鸿章明知慈禧、光绪不会答应马上回銮，但却屈服于列强压力，只得密奏，反复陈请“速定回銮日期，宣示中外”，并表示“敢保必无侵犯”。慈禧责备李鸿章等未能“共谅”其“不得已之苦衷”，表示决无“甘就偏安，轻弃京师之理”，只要“一有成议，自当即日降旨，定期回銮。”
这样，无论惩办“祸首”，抑或“两宫回銮”问题，就均已陷入僵局。然而由于俄国决定监理东北三省，引起英、美、日等国极大不安：加之李鸿章突然病倒，而各国已就议和大纲达成协议，因此，各国急于议定和约，安定大局，于是不再坚持议和先决条件。12 月 24 日奕劻前往西班牙使馆会见德、英、法、美、意、奥、俄、日、西班牙、比利时。荷兰等 11 国公使，互换全权证书后，各国公使将《议和大纲》交给奕劻，要求“把它送交皇帝，并努力获得对它的迅速答复。”李鸿章因患感冒，未曾出席。《议和大纲》共 12 款，其要点是：克林德被害一事，由中国钦派亲王赴德谢罪，并在遇害之所，树立铭志之砷；严惩祸首，戕害陵虐外人之城镇停止科考 5 年；因杉山彬被害，中国必须用优荣之典以谢日本国政府；中国须在各国人民坟莹曾遭汙渎发掘之处，建立碣碑；军火及制造军火的各种器料，不准运人中国：公平赔补外国人身家财产损失；各国驻兵护卫使馆，并划定使馆区；削平大沽等炮台；由京师至海边酌定数处，各国留兵驻守；永远禁止军民人等加入仇视各国各会；修改通商行船各约，改革总理衙门和各国公使觐见礼节。奕劻、李鸿章将《议和大纲》立即电告清廷，并强调“存亡之机，间不容发”，恳请慈禧和光绪“迅速乾断，电示遵行”。奕劻、李鸿章惟恐慈禧不允，又电请荣禄等军机大臣“权利害轻重，径请施行”。
荣禄既看出《议和大纲》的严重危害——“将来中国财力兵力恐为彼族占尽，中国成一不能行动之大痨病鬼而后已，奈何！”；又深知奕劻、李鸿章的艰难处境——“可怜奕、李，名为全权，与各国开议，其实彼挨均自行商定”，然后“交给条款照会而已，无所谓互议也。”不过，荣禄虽然看出列强侵夺中国财力乓力的阴谋和中国变成“大痨病鬼”的悲惨前景，但却坚持从狭隘的阶级利益出发，为了所谓“宗社”即清朝封建统治，不惜出卖民族主权，原则上接受《议和大纲》，而只从其中检出几条，要求商酌。慈禧看到没有把她列为“祸首”，大喜过望，声称“敬念宗庙社稷，关系至重，不得不委曲求全”。12 月 27 日清廷电复奕劻、李鸿章，宣布“所有十二条大纲，应即照允。惟其中利害轻重，详细节目，著照昨日荣禄等电信各节，设法婉商磋磨，尚冀稍资补救。”
《议和大纲》虽经清廷批准，但议和却迟迟没有什么进展。奕劻、李鸿章把这种局面归咎于张之洞。奕劻致函荣禄说：“仰荷两宫圣明”，批准《议和大纲》，“实中外臣民之庆”，嗣因张之洞“忽发高论，各使譁然，又添许多波折”。怨愤之情，跃然纸上。所谓张之洞“忽发高论”，是指他提出了“大纲固不能改，细目必当切商、和暂缓回銮、建立行都的意见，从而引起了一场风波。修改细目，意在减少损失；暂缓回銮，目的在于防止列强武力挟制；这两项要求都是张之洞基于忠君思想、从维护清朝统治出发而提出的。然而， 主张在长江上游滨江之处即湖广总督管辖的武汉至荆州一带建立。
行都，把清廷置于自己的辖区，却是企图提高自己的政治地位， 取代宜隶总督而成为疆臣之首。张之洞的“高论”，深得清廷的赞许。清廷饬令奕劻、李鸿章“参酌办理”，并随时电商刘坤一、张之洞。张之洞的“高论”和清廷的游疑，立即引起列强的警觉。各国公使召开会议，决定胁迫奕劻、李鸿章在《议和大纲》上签字画押。然而，清廷却电示奕劻、李鸿章“切勿草率画押”，张之洞也来电反对“遽行画押”。奕劻、李鸿章屈服于列强的压力，竭力批驳张之洞。他们既通过盛宣怀“力劝”张之洞“勿轻电奏”；又多次电奏，声称张之洞所言“尚未尽实”，而“暂时行都使馆”之议，“犹属谬论偏见”，“不料张督在外多年，稍有阅历，仍是二十年前在京书生之习，盖局外论事易也。”他们不仅攻击张之洞，而且危词恫吓清廷，说什么倘若不准画押，各国“必谓朝廷无信，全权无权，不但不能商催撤兵，并不能止其进兵，关系利害太大”，进而公然表示：下次与各国公使会晤，“只有遵旨办理”，刘、张等“相距太远，情形未能周知，若随时电商，恐误事机。”1 月 10 日清廷无奈，勉强照允，1 月 15 日奕劻、李鸿章遵旨在《议和大纲》上签字画押，并于第二天将这份正式签了字的议定书连同“用宝谕旨”、“条条款说帖”一并备文送交各国公使。
所谓“条款说帖”，就是商讨《议和大纲》细目的备忘录。据李鸿章说：这份“条款说帖”是他们“参酌各说”拟定的，“于详细声明之中，隐寓设法补救之意。”英国驻华公使萨道义把这份“条款说帖”称之为备忘录，并将其要点电告英国外交大臣兰士敦，从中不难窥见李鸿章的思想轨迹。
如果把“条款说帖”同历次电旨、内外臣工条陈对比研究，就不难发现李鸿章∪劻对《议和大纲》的态度，和清廷以及荣禄、张之洞所坚持的“大纲固不能改，细目必当切商”的原则是一致的，李鸿章∪劻基本上接受了清廷和荣禄、张之洞对《议和大纲》细目所提出的修改意见，只是对下列问题持有异议：严惩”祸首”，清廷和荣禄主张从轻，李鸿章∪劻坚持从严：削平大沽炮台，荣禄希望撤去炮位、兵丁，而仍留空炮台。李鸿章∪劻赞成平毁，认为“门户之防，本不可靠，……似仍以自强为善为要”；“遵奉内屯旨”一语，清廷和张之洞力主删去，李鸿章∪劻认为“各使围困日久，但藉此空文洩愤，当面并未挑过，我若于字句间求之，未免自生枝节。”
清廷在批准《议和大纲》之后，要求列强早日撤军，而列强则扬言“惩祸，赔偿两事不妥，必不撤兵。”因而“惩祸”和“赔偿”就成为中外各方争论的焦点。同炮制《议和大纲》一样，关于“惩祸”和“赔偿”问题，列强也是先由自己商定，然后再通过奕劻，李鸿章胁迫清廷照办。
英国公使萨道义供认，列强所以坚持严惩“祸首”，“字部分是报复性的，部分是作为今后的一种保证，因为它警告其他的人避免类似的过错。”所谓“警告其他的人”，首先是警告慈禧一伙，使其震慑于列强的淫威之下，甘心充当驯服工具。2 月 3 日，奕劻、李鸿章与各国公使在英国公使馆举行会谈，讨论惩办“祸首”问题。李鸿章∪劻要求坚持“分别重轻，尽法严惩”和“懿亲不加重刑”的两项原则，遭到各国公使的拒绝。2 月 8 日，各国公使两次照会奕劻、李鸿章，一面要求严惩“祸首”：载勋赐令自尽，载漪、载澜应定斩监候，董福祥先夺军权、日后严惩，其余列名诸人一概斩决：一面要求为”惨罹大辟”的徐用仪、许景澄、袁昶、联元、立山等 5 人“开复原宫，以示昭雪抵偿之意”。在列强的要挟下，清廷于 2 月 13、14 日连发上谕，宣布加重惩办“祸首”，照奕劻、李鸿章所请，载勋赐自尽，载漪、载澜新疆监禁，毓贤正法，董福祥革职缓办，惟英年、赵舒翘加恩定斩监候，启秀、徐承煜先革职查明实据再予重惩，并开复徐用仪等 5 人原宫；强调“固邦交。保疆土”，厚颜无耻地表示将“量中华之物力，结与国之欢心”，充当帝国主义的奴才。但是，各国公使对于惩办“祸首”的“上谕”仍甚不满，瓦德西扬言将调兵出京攻击。这使李鸿章“陷于十分惊恐之状”。2 月 17 日李鸿章∪劻危词电奏，声称“姑息数人，坐令宗社危亡，殊为不值。”第二夭，清廷鉴于列强“要挟甚追”，不得不曲徇所请，电谕奕劻、李鸿章，表示“现存诸人，即照前次（各国）照会办理，实因宗社民生为重，当可止兵，不至再生枝节。”并定于 21 日降旨，24 日惩办。惟要求将启秀、徐承煜“索回自行正法”。“已死诸人不再追咎”。清廷此举，使各国公使“完全满意”。瓦德西供认：扬言调兵出京攻击的目的在于“压迫威吓”清廷，并为这次军事讹诈的成功而颇感欣慰。
惩办“祸首”问题基本确定以后，赔款便成了中心议题。列强都想乘机榨取中国人民的脂膏，大发横财，其中以在华商业利益较少的俄、德、法为尤甚，而在华拥有较多经济利益的英、美、日则一面进行勒索，一面又主张将赔款保持在一定限度之内，以免过分削弱中国市场的购买力，损害自身在华的贸易和经济利益。
它们基于各自利害的考虑，围绕赔款总额、赔偿办法、提高关税税率等问题，进行了勾心斗角的争斗。在此同时，清朝统治层中也发生了激烈争吵。4 月 19 日法、德、英、日公使在德国使馆约见清方襄办和议的徐寿朋、那桐、周馥，讨论赔偿抵款，提出赔款总数为 4 亿 5 千万两，加利摊还，约岁偿 3千万，30 年还清，并询问盐课、常岁、漕折、土药和开办印花税、房捐等事。5 月 7 日各国公使会议决定照会清政府，提出截至 7 月 1 日的赔款为 4 亿 5千万两；如 7 月 1 日以后继续占领北京，必须另加军事费用。随后各国公使又相继议定：赔款以 39 年为期，年息 4 厘，以关税、盐厘、常关收入作抵。清朝统治层是在经过激烈争吵之后，被迫而逐步的接受这个方案的。清廷∪劻和李鸿章、刘坤一和张之洞，无不主张“减少银数，宽展年限”，所不同的是，奕劻、李鸿章在与各国公使“竭力商改，均不肯允”的情况下，首先屈服。关、于“减息”之事，张之洞首倡“分年免利”，李鸿章认为这是迂腐之见。5 月 28 日清廷妥协，电谕奕劻、李鸿章：“各国偿款四百五十兆，四厘息，应准照办。”赔款抵押问题，清廷主张将各海关半税一项作抵，不要牵涉钱潜、盐课、常税、厘金，“致侵我自有权利。”张之洞支持清廷意见，断言“若遽允以盐课盐厘漕折常税作抵”，势必造成“财用枯竭，兵譁盗起，中国将自乱矣”。奕劻、李鸿章认为海关洋税早已历经借抵各项外债无余，如果盐潜常税“一概不准牵涉，此外更无款可筹”。刘坤一赞成以海关药厘、漕折、漕项、常税作抵，但认为“盐课厘则断不可抵”。当时清朝统治层还提出了另筹新款的种种设想，清廷主张按时值核实镑价抽税，如此洋税收入当可加倍。奕劻、李鸿章要求“将洋商货税酌加三分之一”。·张之洞始则主张将关税、厘金、盐课三项，无论洋货土货，一律加倍征收；继而支持袁世凯提出的加抽人丁税的办法。清廷赞成加抽人丁税，电令奕励、李鸿章商办。奕励，李鸿章电复军机处，反对加抽人丁税，认为“如果举行，必致海内骚然，民不聊生，必召变乱”，希望军机诸公“万勿惑于浮言，巨款未集，转生巨患也。”其他另筹新款办法，也因遭到内外反对而化成泡影。
李鸿章在与列强议和的同时，还与俄国就东北问题进行了单独会谈。
俄军侵占东北后，俄国本想一举兼并而使之变为“黄俄罗斯”。但是，由于受到东北人民的坚决抵抗和害怕引起英、日等国的强烈反对，迫使俄国决定在形式上暂时保留清朝地方政权，实际上则由俄国实行军事占领，作为公开兼并的第一步。1900 年 11 月 8 日旅大地区俄国军事长官阿历克谢耶夫胁迫盛京将军增祺的代表、已革道员周冕草签《奉天交地暂且章程》九条，其主要内容是：俄兵驻扎盛京及其他各地：华兵“一律撤散，收缴军械”，俄国派员驻盛京，预闻要公；中国驻扎巡捕马、步各队，人数多寡另行酌定。这个章程“明显破坏了中华帝国的‘独立’和中国中央政府的主权”。11月 30 日阿历克谢耶夫以此系“暂且章程”，以后尚可“再行商议酌定”为由，诱骗增祺签字。《奉天交地暂且章程》签订后，俄国外交、财政、陆军三大臣炮制了《俄国政府监理满洲之原则》，它除了包括《暂且章程》的主要内容外，还规定东三省铁路的经营和铁路设置的护路队，由财政大臣监督统辖等等。这个“监理原则”经沙皇尼古拉二世批准后，俄国政府就积极诱骗清政府进行所谓撤军交地谈判，企图弄到一张正式文据，以便使其非法侵占东北的行径披上合法的外衣。俄国政府担心在北京会商难以保密，极易受到其他列强的干预，因而要求清政府任命驻俄公使杨儒为全权大臣， 在彼得堡举行谈判。俄国驻华公使格尔思唆使李鸿章上书，劝诱清廷就范。1901 年 1 月2 日清廷在不知道《奉天交地暂且章程》的情况下，接受俄国的要求，任命杨儒为全权代表，并令杨儒在谈判中随时同奕劻、李鸿章商议。
2 月 16 日俄国正式提出书面约稿 12 条，这个约稿不仅要攫取中国东北的“兵权、利权、派官之权”，而且阴谋将蒙古、新疆以及整个中国北方划为其势力范围。俄国把胁迫清廷迅速订约的希望寄托在李鸿章身上，一面通过驻华公使格尔思恐吓李鸿章，声称“中国如听各国谗言，不愿立约，则东三省必永为俄育”：一面由华俄道胜银行经理璞科第向李鸿章行贿，声称如果李鸿章促成签：约，事后“给他或他受命的某人 50 万卢布，以示感激”。李鸿章倾向妥协，建议清廷“熟筹利害，相机因应”。清廷一面哀求俄国减轻条件，一面请各国出面向俄国求情。俄国为了诱使清廷就范，改换手法，将原来的约稿作了一些删削，于 3 月 13 日作为最后约稿抛出，勒限杨儒在14 天内签字。俄国一面胁追杨儒签字，一面恫吓李鸿章，格尔思声称“外部训条逾期不画押，东省永远不还，以后遇事俄亦不能助华。”李鸿章认为“刺目处均删除，照允无患”。他企图藉助俄国，抵制其他列强，因而主张曲询其请，签字汀约。他的这种态度，甚至受到另一位全权大臣奕劻的非议。奕劻致函荣禄说：
惟东三省事关系中外大局，前经两次详细缄达，计邀青览。合肥极盼东约早成，以为他事可以迎刃而解。殊不知各国环伺，已有责言，若竟草草画押，必致纷纷效尤。合肥更事之久，谋国之忠，弟夙所钦佩，独中俄定约一事，不免过有成见。即以近日电奏而论，大都于会衔发电后抄稿送来，弟亦无从置词，其前后电陈不无矛盾，谅在朝廷洞鉴。……惟此事画押与否，关系中国安危，亦何敢随声附和，徇一国而触各国之怒。
3 月 20 日清廷一面乞求英国联络美、德、日等国出面干预：一面恳请俄国展限改约。但是，清廷的努力毫无成果，俄国断然拒绝展限改约。而英、美、德、日等国既力劝清廷拒画俄约，又没有效法三国干涉还辽之意。清廷无计可施，便于 3 月 23 日电令奕劻、李鸿章“全权定计，朝廷实不能遥断”，奕劻、李鸿章据此电告杨儒：“内意已松”，“即酌量画押，勿误。”杨儒则坚持“未奉画押之旨，不敢擅专”，拒绝签字。3 月 26 日清廷鉴于国内的强烈反对和列强的压力，认识到“不这画押，仅只激怒于俄，画则群起效尤分据，其祸尤速”，因而指示杨儒转告俄国，“非展限改妥，无碍公约，不敢遽行画押”；饬令奕劻、李鸿章通知北京各国公使，“中国不敢遽允俄约画押，请先议公约”。俄国逼勒清政府订约的阴谋失败后，维特致电李鸿章，声称“从此应绝交，任俄所为”，并令格尔思“以后再议公约，只可凶刚，勿谓作梗”。面对清廷拒签俄约和俄国威胁恫吓，李鸿章“竟至举止改常”，既不满清廷的决策。又担心俄国报复，因而特于 3 月 31 日致电吴赫托姆斯基乞求鉴谅：“各国多方恐吓，中外大臣多信其言，我虽屡奏催，孤掌难鸣，望密劝大皇帝宽宏大度，仍守不占中国土地原议，俟公约定后，再行画押。”4 月 6 日俄国政府发表声明，宣布交收东三省的谈判暂停，等清政府稳定后再继续举行。由于拒签俄约并没有引起大祸，致使“举止改常”的李鸿章“心始释然”。
中俄关于交收东三省的谈判停顿三个多月，7 月初清廷接受刘坤一的建议，饬令奕励、李鸿章照会北京领袖公使，以公议迫使俄国撤军。李鸿章在给清廷的复电中，乘机发拽对刘坤一、张之洞以前阻签俄约的不满情绪。刘坤一、张之洞十分恼火，联衔会奏申辩，指责李鸿章“偏执已见”，“全权大臣为俄人所愚”，坚请以公议促俄撤军。清廷认为李鸿章与刘、张之间“彼此积疑，负气争论”，有害“国事”，因而降谕调停：“平心而论，李鸿章身处其难，原多委曲，然时有不受商量之失；刘坤一、张之洞虑事固深。而发言太易，亦未免责人无已。”希望他们”捐除意见”，和衷共济。请廷虽然力图调和李与刘、张的意气之争，但在政见上却支持刘，张的主张，指示李鸿章与俄使商定前约，并请各国公议，允许各国在东三省通商，企图藉各国通商互相箝制莫敢先发的均势来维持清朝在东三省的统治。李鸿章坚持己见，赞成与俄国重开谈判，但却拒绝各国公议之说。当时，正值英、日筹议建立反俄同盟，日本国内反俄情绪日益高涨，日本陆军积极备战。俄国由于尚未作好反日作战准备，倾向对日妥协，从东北部分撤军。8 月 11 日格尔思派员会见李鸿章，提出商订交还东三省的三项先决条件，即俄国有议论东三省之权，画押之先不使他国预知，不听他国指使。俄国的目的在于阻止英、日等国的干预，迫使清廷接受原约。李鸿章表示“此须请旨遵行”，并要求“酌量删改”原约。清廷认为俄国的三项先决条件，“实有难行”，指示李鸿章“与俄使婉切商办”改约。李鸿章不以为然，复奏声称“倘照来谕婉切商办，恐至百年亦不能妥定约章，东省将永远不还矣。”“事体关系重大”，“实无法与商”。
就在中俄谈判陷于停顿之际，公约谈判已近尾声。8 月 23 日奕劻、李鸿章奏请“立准画押，以保大局。否则恐别生枝节，一国悔议，各国效尤，后患何堪设想。”8 月 27 日清廷电谕奕劻、李鸿章：“公约业已定议”，即行“画押”。9 月 7 日奕劻、李鸿章代表清政府正式签订《最后议定书》，即《辛丑条约》。这个条约除正约外还有 19 个附件，主要内容为，中国赔款银4 亿 5 千万两，分 39 年还清，年息 4 厘，本息折合共达 9 亿 8 千多万两，以海关税、常关税和盐税作抵押：将东交民巷划为使馆区，界内由各国驻兵管理，禁止中国人居住：拆毁大沽炮台及有碍京师至海通道的各炮台，外国军队驻扎北京和从北京至山海关沿线的 12 处要地：惩办祸首诸臣；永远禁止中国人成立或参加“与诸国仇视”的各种组织；违旨处死，各省官员对辖境内发生的“伤害诸国人民”的事件，必须立刻镇压，否则即行革职，永不叙用，外国人“遇害被虐”各城镇停止文武科考 5 年；按照外国的意愿修改通商行船条约：改总理衙门为外务部，班列六部之前。
《辛丑条约》是帝国主义列强套在中国人民身上的一副极为沉重的枷锁，也是清政府给自己立下的一纸卖身契。它既在实际上加强了帝国主义对中国的统治，又在形式上保持了清政府的权位。从而标志着中国最终确立了半殖民地统治秩序。李鸿章作为清政府议和全权大臣，是签订这一丧权辱国条约的决策者之一和主要执行人，对于中国的沉沦负有不可推卸的罪责，并因此而博得列强和清廷的青睐，9 月 22 日李鸿章上《和议会同画押折》，总结议和订约，其中有一段画龙点睛的话：
臣等伏查近数十年内，每有一次构衅，必多一次吃亏。上年事变之来尤为仓猝，创深痛钜，薄海惊心，今议和己成。大局少定，仍望朝廷坚持定见，外修和好，内图富强，或可渐有转机，譬诸多病之人，善自医调，犹恐或伤元气，若再好勇斗狠，必有性命之忧矣。
李鸿章以衰年而膺艰巨，忧郁积劳，时病时愈，几以为常。9 月 5 日又伤风感冒，“鼻塞声重，精神困倦。”9 月 7 日不遵医嘱，力疾前往西班牙公使馆，在《辛丑条约》上签字，返回寓所后，“寒热间作，痰咳不支，饮食不进，益觉委顿难堪。”清廷闻讯，赞许李鸿章“力疾从公”、“忠爱性成”，“著赏假二十日，安心调理，期早就痊”。李鸿章经过两旬静养，“诸病痊愈”，虽然身体软弱，“尚可力疾从公”，因而于 10 月 3 日奏报销假。李鸿章病情一经好转，就立即与俄国恢复谈判。俄国为了避免列强干涉，玩弄花招，要求在中俄两国政府间订立撤军条款，在中国政府与华俄道胜银行间订立“私方”协定，将东三省略矿及其他利益全部让归华俄道胜银行。10月 10 日华俄道胜银行驻北京代表波兹德涅耶、夫向李鸿章提出银行协定草案，坚持先订银行协定，然后再订撤：军条约。李鸿章看了这个银行协定草案后，“大发雷霆”，宣称：“协定把满洲全境交给银行支配”，这“无疑会引起别国人的抗议”，“他从来不敢对这种协定承担责任”，“他只能就矿产资源的租让权进行谈判”。10 月 14 日维特因不满李鸿章的所谓“口是心非的行动方式”，特地电告波兹德涅耶夫：如果李鸿章不老老实实地“在最近数日”签订协定，就“分文不给他”。10 月 30 日李鸿章到俄国使馆议事，俄使对之竭尽恫吓胁迫之能事，归后“呕血碗许”，从此病情恶化，经西医诊断，系“胃家小血营挣破”，即胃出血。11 月 6 日清廷发布谕旨，说李鸿章“为国宣劳，忧勤致疾，著赏假十日，安心调理，以期早日就痊，俟大局全定，荣膺懋赏，有厚望焉。”不料李鸿章一病不起，未及“荣膺懋赏”，就于 11 月 7 日离开了人世。遗折有云：
伏念臣受知最早，荣恩最深，每念时局艰危，不敢自称衰痛；惟冀稍延余息，重睹中兴，赍志以终，殁身难瞑。现值京师初复，銮辂未归。和议新成，东事尚棘，根本至计， 处处可虞。窃念多难兴邦，殷优启圣。伏读迭次谕旨，举行新政，力图自强。庆亲王等皆臣久经共事之人，此次复同更患难，定能一心勰力，翼赞讦谟，臣在九泉，庶无遗憾。
据李鸿章弥留之际在场的周馥忆述：“公临终时，两目炯炯不瞑。余抚之日：‘未了事，我辈可了，请公放心去。’目乃瞑，犹流涕，口动欲语，公伤也！”故周氏在感怀李鸿章诗中有“临终犹忆泪珠悬”句。据说，李鸿章死前倦念危局，还老泪纵横地吟成一诗：
忧思惶恐，悲凉凄怆，令人感叹！
李鸿章病危和逝世之时，慈禧正在回銮道经河南的途中。据随驾的吴永记述，慈禧在得到李鸿章病危的奏报后，“甚为厪念”，“为之流涕”，说什么“大局未定，倘有不测，这如此重荷，更有何人分担。”次日，传来李鸿章逝世的消息，慈禧“震悼失次”。随扈人员，“无不拥顾错愕，如梁倾栋折，骤失倚恃者。”吴永感慨系之，评论说：“至此等关键，乃始知大臣元老为国家安危之分量。”李鸿章之死，在当时朝野引起强烈震动是可想而知的。无论如何，他是一个与晚清王朝的脉搏和命运息息相关了几十年的风云人物，又刚刚完成了一项被统治者视为“玄黄再造之功”的特殊使命，而宣明要“量中华之物力，结与国之欢心”的清廷，方驾起“新政”的马车，仍然需要李鸿章这位诸于“外须和戎，内须变法”之道的洋务大师执鞭作驭。但就在这个时候，李鸿章无可挽回地死去了，在苟延残喘的清王朝的祭坛上，留下了莫大的遗憾和优渥的褒扬。清廷特旨予谥文忠，追赠太傅，晋封一等侯爵， 入祀贤良祠，原籍及“立功”省建立专祠，并将生平战功政绩，宣付国史馆立传，伊子李经述承袭一等侯爵。随后又批准在京师建立专祠，列入祀典，由地方官春秋致祭。这是有清一代汉族官僚向所未有的恩典殊荣，李鸿章却因在庚子议和中竭力维护慈禧地位而在身后获得之。1903 年李鸿章被安葬于合肥东乡大兴集夏小影。这位在风云变幻的政治舞台上活跃了长达半个世纪之久的所谓“中兴元老”，就这样永远地离开了人间，消逝在历史的长河中。梁启超在获悉李鸿章死讯后，怀着敬其才、惜其识、悲其遇的复杂心情，撰成一挽联云：
李鸿章当政期间，曾经通过各种途径聚集了一笔可观的财富。梁启超说：“世人竞传李鸿章富甲天下，此其事殆不足信，大约数百万金之产业，意中事也。”其实，这也是揣测之辞，并无可靠证据。1904 年 4 月李鸿章直系子孙在分家时，曾订有一份遗产分配“合同”。美国学者福尔索姆在李经迈的儿子李国超处见到过这份“合同”，并征得主人的同意，将其收入自己的专著中。现从英文迻译如下：
合同
（一）庄田 12 块、坟田 1 块、堰堤 1 道，安徽桐城县城内产业 4 处，另加省城安庆房地产 14 处，均留作李鸿章发妻周氏祠堂开销之用。由经方经管。
（二）合肥县撮城庄田 1 处留作祭祀葬于该处之李鸿章两妾及经方发妻开销之用，由经方经管。
（三）合肥县庄田两处为经述之祭田（他葬在其中 1 处），由经述之子国杰经营。
（四）合肥县田产两处，庄田 3 处，墓地 1 处，留与经迈为其殁后之祭田及墓地，由经迈本人经管。
（五）李鸿章在合肥县、巢县、六安州、霍山县之其余田产及其在庐州府、巢县、柘皂村、六安州及霍山县之房产，均为李鸿章祭田及恒产。上述田产房产永不分割、抵押或出售，其岁人用于祭祀和维修庐州府城祠堂之外，所余部分用于扩置房地产。由国杰经管。
（六）合同签订之日起 10 年后，若李鸿章祭田及恒产岁人逾 2 万担，除上述开销外，所有盈余部分由三位继承人平分，本规定永不变更。
（七）合肥县东乡李文安之墓地及祭田继续保留，不得分割、抵押或出售。
（八）上海一价值 4 万 5 千两白银之中西合壁式房产出售，其中 2 万两用于上海李氏祠堂之开销，其余 2 万 5 千两用于在上海外国租界买地建屋，该幢房屋为三位继承人之公有居处，归三人共同拥有、共同管理。
（九）江苏扬州府一当铺之收入用于省城江宁李鸿章祠堂之开销。
（十）分别位于江宁（南京）、扬州之两处房产出售，卖房所得用于扩建上海之公有居处。
（十一）根据李鸿章生前指示，江宁学馆分与国杰作宅邸，扬州一处房产分与经迈作宅邸。
这份分家“合同”，不包括金银财宝等动产，只涉及到分布在安徽和江苏两省的土地、房屋和 1 处当铺等不动产，加之没有注朋这些不动产的规模、价值，因而无法估计李鸿章遗产的总值。不过，从这份“合同”也可以看出，李鸿章虽然称不上“富甲天下”。但无疑是一位“相当富有的人”。