Крестьян поддержали китайские солдаты, вступившие в бой со стражниками. Самые серьезные волнения наблюдались на юге Маньчжурии — в «нейтральной полосе», отделявшей арендованный Квантун от территории Мукденской провинции. Попытка русской администрации обложить местных жителей налогами в 1899 г. вызвала беспорядки в городе Бицзыво. Нападение на пост стражи спровоцировало ответные репрессии, в ходе которых около двух десятков китайцев было убито, а еще около ста — ранено. 10 июля 1899 г. в окрестностях Дальнего крестьяне во главе со старостой уничтожили путейскую контору и захватили инженеров, а в октябре того же года в Ляояне вспыхнул бунт из-за переписи населения, которую, от греха подальше, решили прекратить…
Боксерское восстание 1900 г. стало для КВЖД и ее Охранной стражи первой проверкой на прочность. Поначалу стражникам удавалось удерживать ситуацию под контролем и успешно действовать «на два фронта»: против хунхузов и подстрекаемых ихэтуанями недовольных. Однако в первых числах июля 1900 г. обстановка в Маньчжурии резко изменилась: началось массовое восстание, охватившее весь Северный Китай. Не в силах обуздать стихию бунта, пекинский двор решил… возглавить его. В императорском указе, обнародованном 8 июня 1900 г., прямо говорилось: «Ихэтуани бескорыстно сражаются за империю и вдохновляют даже маленьких мальчиков взяться за палки… После войны я награжу их чинами и другими благами». Узнав о содержании указа, китайские войска, расквартированные в Маньчжурии, перешли на сторону мятежников и всей мощью своего оружия обрушились на КВЖД и ее служащих. От военных не отставали «краснобородые». Сильные и хорошо организованные шайки, во многих районах Маньчжурии давно ставшие настоящей «альтернативной властью», часто были более активными «застрельщиками» нападений на русских, чем идейные враги «варваров» — ихэтуани. Хунхузы имели гораздо большее влияние на местное население. Борьба против иностранцев была для «братьев» делом престижа, к тому же, толкая возбужденных крестьян под пули стражников, хунхузы могли беспрепятственно предаваться любимому занятию — грабежу.
Отчаянно сопротивлявшаяся стража, имевшая в своем распоряжении в основном стрелковое оружие, не могла противостоять противнику, вооруженному артиллерией. По всей линии КВЖД начался погром станций и путевых сооружений. Отбивая атаки восставших и неся потери, разрозненные группы русских служащих и стражников отступали в разных направлениях — в Харбин, в Корею и на арендованные территории Ляодуна. Уцелевшее имущество КВЖД было разграблено. Особенно тяжелая обстановка сложилась на южной линии, где местное население было наиболее озлоблено, а китайские войска — наиболее многочисленны. Потери русских при отступлении из Ляояна составили 55 человек (в том числе 18 убитых). Еще более трагично сложилась судьба гарнизона станции Мукден: из отряда численностью около 100 человек при отступлении уцелело 58… Впрочем, как раз на юге Маньчжурии положение гораздо легче было исправить: в Квантунской области были сосредоточены значительные военные силы. 23 июня наместник Е.И. Алексеев направил по линии железной дороги первый отряд под командованием полковника П.К. Домбровского, а уже к 28 июля, после занятия войсками городов Инкоу и Хайчэна, южная линия вновь перешла под контроль русских. Гораздо сложнее обстояло дело к северу от Мукдена. Вся линия железной дороги находилась в руках восставших, 27 июня взявших в осаду столицу КВЖД — Харбин. 1 июля на территорию Маньчжурии вошли войска Приморской области под командованием губернатора Чичагова, 3 июля занявшие станцию Мурень (Синлунгоу) на реке Мулинхэ, до середины августа остававшейся линией противостояния русских войск и восставших.
21 июля 1900 г. отряд генерала В.В. Сахарова, прибывший по Сунгари на пароходах из Хабаровска, снял блокаду Харбина. Несколько военных отрядов, с разных направлений наступавших в глубь Маньчжурии, довольно быстро овладели положением, и к концу августа магистральная линия КВЖД вернулась под русский контроль.
Боксерское восстание причинило КВЖД огромный ущерб, оцененный С.Ю. Витте более чем в 70 миллионов рублей. Погибли десятки служащих дороги, многие из которых перед смертью были подвергнуты зверским пыткам. Число жертв было бы гораздо больше, если бы не мужество и военное искусство Охранной стражи, в неравных боях прикрывшей отступление гражданского персонала. Потери стражников составили 145 человек убитыми. Героизм защитников КВЖД был высоко оценен правительством: несколько офицеров стали георгиевскими кавалерами, 73 человека были награждены серебряной медалью «За поход в Китай». Нижним чинам стражи было высочайше пожаловано 417 знаков отличия ордена Святого Георгия.