11月中，香港多間大學響應「三罷」活動，除了罷課之外，不少示威者發起堵塞交通要道的活動，想要更多民眾參與，施壓港府重視五大訴求。其中，因為中文大學附近示威者佔領二號橋，造成交通嚴重堵塞，因此從12日開始，警方攻入校園，與示威者便爆發嚴重衝突，導致近百位學生和示威者受傷，事件更發展成長達3天的佔領行動；以此為契機，香港理工大學、城市大學的學生與示威者，亦開始在校園內部築起簡易防禦工事。

從13日開始，理大內部有近200位的學生與示威者進駐，因為理工大學的地理位置位於紅磡海底隧道附近，學生跟示威者在學校的一座天橋上，往連接紅磡海底的公路丟下雜物，導致該道路的交通從13日開始中斷。這也讓香港警察不斷在理大附近徘徊，往校園內發射催淚彈，試圖驅散示威者，恢復紅磡海底隧道的交通。

16日晚間，在理大內部的學生與警方發生衝突，雙方互相投擲汽油彈與催淚彈，讓理大附近的漆咸道上煙霧與火焰遍佈。

相較中大校長段崇智與前校長沈祖堯在衝突現場與警方多次談判和協調，在衝突過程中，理大和城大校長皆未現身。不少人質疑這些學校並不保護學生，16日晚間更一度傳出理大前校董劉炳章向警方通報校內實驗室危險化學品被人取去，要求前往學校清場；但有學生身份的學生校務董事李傲然多次詢問校方，校方向李傲然表示，學校不清楚劉炳章是否有通報警方，但校方並沒有要求警方前往學校清場。

此外，16日下午，數十名中國解放軍駐香港部隊從九龍塘軍營出動，在附近的街道上清除路障，是反送中運動5個月來，第一次有解放軍在香港街頭出現。

根據香港《基本法》與《駐軍法》規定，解放軍必須在香港政府向中國中央政府提出請求之後，才能離開軍營執行任務，若無根據此程序發展，解放軍不得自行進入香港市區。軍隊上街頭的情勢發展令不少港人擔憂，也有24名民主派議員發表聯合聲明，強烈譴責駐港解放軍出軍營，認為違反法令。

17日上午10點左右，理大漆咸道附近的防暴警察對築起路障後面的示威者射出催淚彈，並且在下午2點左右出動水砲車，對示威者發射藍色與無色的水砲，試圖驅逐。現場有不少示威者投擲汽油彈、石油罐、拿弓箭做為武器，也是第一次有員警被弓箭射中受傷。

下午，香港防暴警察與示威者的對峙，從上午在平面道路轉移到連接理工大學與紅磡火車站的天橋上。港警公開表示，定義這場活動為暴亂，並且在官方Facebook上要求現場民眾儘速離開，甚至指出：「任何留守並協助暴徒的人都可能構成暴動罪。」也因為下午有員警被示威者的弓箭射中，有港媒拍攝到疑似飛虎隊員拿著狙擊槍在理大附近建築的高處待命。

衝突到傍晚激烈加劇，晚間7點30分左右，在紅磡火車站A出口連接理大的天橋上，有電梯的電箱因為不明原因起火，並且發生爆炸，讓橋上瞬時燃起熊熊火光，消防員也隨即抵達現場，將火勢撲滅。

晚間8點40分左右，警方派出一輛裝甲車衝向示威者構築的路障，防暴警察原以為能衝破示威者防線，一度歡呼，但示威者將汽油彈投擲到裝甲車上，整輛裝甲車起火後，裝甲車隨即向後撤退，轉由現場的示威者爆出歡呼聲。

晚間9點左右，警方展開圍城戰，在校園出入口拉起封鎖線，持續呼籲校園內所有人循北面李兆基樓（Y座）出口離開，並聽從指示。但第一批離開的救護員和學生約50人，走到出口就全被逮捕。

不只醫護人員，現場更有記者遭到逮捕，包括公視特約導演鄧卓儒、理大學生報校園記者等人。也有香港獨立媒體網記者從Y出口離開，遭警方截查。

香港網民在社交網發起「各區開花，救救POLY（香港理工大學英文簡稱）」的活動，呼籲香港各地民眾在各地發起快閃抗爭，吸引警方的人力離開理大。從下午開始，在旺角、尖沙咀與西灣河等地，都有身穿黑衣面戴口罩的示威者出現在馬路上構築簡易路障，希望對理大的示威者可以達到圍魏救趙的目的。

18日凌晨，理大校園內大批示威者遭圍困。天主教香港教區輔理主教夏志誠抵達理大校門口，與幾位理大教師和民主派議員會合，呼籲警方和示威者克制，避免再有人命傷亡；夏志誠當時向警方提出進入校園，帶走願意的人離開，但此提案被警方拒絕。

理大名譽顧問廖建鈞與學生董事李傲然告知媒體，校園內有不少傷者，除了至少3人眼部受傷，還有約40名傷者被水砲車擊中後出現低溫症。但由於多名醫護被警方帶走，校內無足夠能力協助傷者。

凌晨5點20分，數十名防暴警察嘗試攻入理工大學正門噴水池位置，速龍推進拉了人，制伏了多名示威者，示威者向正門位置投擲多枚燃燒彈，警方一度退離。不少示威者再退到理大校園內。示威者、急救員、社工被重重警力包圍。

警方在理大多處進出口設置防線，不准任何抗爭者離開校園、離開者一律逮捕。警方要求若有新聞記者需要進入理大「換班」，必須舉起雙手任由警方檢查與搜身，更有警員用防暴槍要求在場記者雙手舉高。據香港記協引述警方，只有出示記者工作證與學校教務工作證的人員可以離開。然而，卻仍有記者遭到警方拘捕。

有民眾在網路上號召人手前進理大救援，但警方控制現場，外援完全無法進入。上午9點左右，防暴警察在尖東道一帶搜捕，數十名市民被拘捕，他們有人身穿黑衣，有人是淺色上衣，數十名被捕市民被帶到人行道上，以索帶反綁雙手。港媒推估，至少80人遭到拘捕。亦有民眾試圖靠近理大，但遭警方發射催淚彈阻擋。

在尖東行人天橋封鎖線外，有許多圍觀民眾，其中多位理大學生父母情緒激動，有母親哭喊放過孩子，一度哭倒在地。家長們在港晶中心外爭取到靜坐空間，雙方議定只要不挑釁警方，警方便不會釋放催淚彈。

上午9點51分，理大反送中關注組在Facebook的粉絲頁則公布一則「理大留守學生致全港市民書」，內容描述：「我們被圍困校內，外界手足為我們萬分焦急，然而我等心境平靜坦然⋯⋯不自由毋寧死，同學不怕被捕與死亡，因為歷史將判我們無罪。」文末署名則為「理大留守學生絕筆」。

下午接近2時，部分示威者再度嘗試闖關離開校園，多人舉起雨傘組成傘陣突圍，防暴警察隨即發射催淚彈，水砲車亦出動阻止示威者離開。部分示威者成功離開，多數示威者則退回校園內，其中一名女性示威者更被兩名防暴警察沿途拖行離開，並且有警察一度舉起真槍向逃跑的示威者示警，現場氣氛相當緊繃。直到下午2時許，警方指揮官才讓14名紅十字會人員進入理大救援傷者。

也有過千人沿紅磡繞道高呼「入Poly！救學生！」雙方在這幾處地區以催淚彈與汽油彈相互攻擊，警方也在佐敦與尖沙咀附近出動水砲車，試圖驅散人潮。

當曾鈺成提出此方案後，現場一位師長安慰離開的年輕人一切將會平安。但年輕人反駁：「怎樣可能會無事，周圍都是防暴警察，而且暴動罪要坐監10年。」然後該年輕人哭著說，在理大跟同伴守了幾天，很內疚現在自己獨自離開。

根據警方記者會，18日總共有1,100人遭拘捕與登記，警方也公布當日使用彈藥的數目，共發射了催淚彈1,458發、橡膠子彈1,391發、布袋彈325發、海綿彈265發。

19日凌晨時分，曾鈺成與張達明等人從校園帶了近百位人士離開，警察也一一檢查離開的抗爭者後，讓抗爭者排成一列，一個接一個，手搭著前一位的肩膀魚貫搭上警車。

理大的抗爭者在多日對峙之後，除了身心俱疲外，學校內部的食物幾盡斷絕。有不少抗爭者試圖衝鋒或者找尋沒被發現的途徑離開學校，但逃脫路線不久後就被警方發現，只有少數人成功離開。警方雖一再呼籲抗爭者儘速離開校園，卻在他們離開時以催淚彈攻擊，讓抗爭者不得不再度退守理大內部。而在理大周圍聚集了近上千位的民眾與黑衣人企圖靠近學校幫助校內被圍困者，多數遭到警方以武力驅散，也有不少人遭到逮捕。

此外，香港反送中運動中，經常被民眾視為容許警察濫暴的香港警務處處長盧偉聰，以退休名義離開職位，同日開始「退休前休假」；而警務處長職位，由中國國務院任命副處長鄧炳強接任，他被外界認為行事作風更為鷹派。

聯合國也呼籲香港當局，應和平解決理大事件。聯合國人權辦公室發言人柯爾維爾（Rupert Colville）譴責示威者的極端暴力，但也指出港府應讓理工大學內部的人道主義情勢降級：「追究暴力是關鍵，這一點適用於違法和暴力犯罪個案，也適用警方被控過分使用武力的案件。」

20日，經多日抗戰，仍有不少示威者以各種方式逃離警方封鎖。有抗爭者進入下水道企圖離開理大，但有3人在出來時被警方發現，並且遭到逮捕。

當天，香港法院亦提審242名理大事件參與者，由於人數過多，共分6個法院進行，被控人數創反送中抗爭以來單日最高。

另外，理大圍城事件期間，許多激烈衝突的畫面傳至網路，引起國際關注。20日上午7點左右，美國參議院一致通過《香港人權民主法案》，也通過了限制非致命武器出口的《保護香港法案》。

《香港人權民主法案》要求美國國務卿每年必須評估，是否讓香港繼續享有不同於中國的獨立關稅地位。也要求美國政府必須制定名單，拒絕發給破壞香港法治人士並且凍結名單上人員在美國的資產。

先前，美國眾議院亦通過了一版《香港人權民主法案》，兩院將法案整合出一份共識後，28日由美國總統川普正式簽署。川普並表態，簽署此法案是希望中國和香港的領導人及代表可以和平地解決分歧。中國外交部立刻發出強烈抗議，指責美國干預中國內政，並表示會加以反制。

自21日至29日，理大都有消息傳出，指仍有數十位示威者留守校內。27日，理大校方教職團隊進入校園搜索留守示威者，卻並未尋獲。理大校方發言人於是呼籲警方清除危險物品，並趕快解除封鎖。

28日，港警安全小隊首度進入被封鎖了12天的校園。警方聲稱，此次行動主要在清除校園危險物品，不會主動搜捕示威者、會以「醫療優先」為原則處理。但港警強入校園的舉動仍引發質疑是否有必要、甚至可能激化衝突。晚間，港警宣布本次搜索並未找到任何留守者，但找到3,810枚汽油彈、588瓶腐蝕性的化學液體，並未發現炸彈。

29日，警方再度進入理大校園搜索，並於中午全面解封校園，也開放附近馬路。隨後校方暫時關閉校園，以便進行修復。

根據警方記者會，截至29日，反送中運動的總拘捕人數為5,890人，其中理大事件拘捕1,377人，有810人於離開時被拘捕，567人在校園外圍被拘捕。18歲以下，沒有被當場逮捕、卻被登記資料的則有318人。