周二下午兩時許，數千名漢人示威者持刀和鐵通等武器，遊行到烏魯木齊市中心，抗議維族人周日襲擊漢人，他們沿途高叫“要團結”的口號，示威者前往人民廣場途中，群眾多次突破武警防線，雙方在解放軍南路發生多次衝突。
一名示威者接受香港傳媒訪問時說，他們要靠自己保護家人，不相信公安的能力。他說：公安警察並非每個地方都有，那些維吾爾人亦手持武器的，多次向我們衝過來，我們祇是自衛，若他們沒有武器，我們怎會這樣做，我們要保護自己及家人。
綜合各境外媒體的報道，示威者破壞維吾爾人的店舖，又與維族人互相擲石，警察施放多枚催淚彈，驅散示威者。而官方新華社的報道指，烏魯木齊市內火車南站和多條街道，都有示威者聚集，居民慌忙逃跑，店舖關閉。部份群眾又遊行到市人民醫院示威，期間有人從天台向群眾擲石，其中新華社記者亦遭石塊擊中。
據香港有線電視在現場報道，有示威群眾指周日維族人襲擊漢人商店時，並沒有傳媒採訪，但周二漢人的報復行為，卻全部被媒體拍攝，示威者認為不公平，有人持武器強迫傳媒交出錄影帶。
群眾示威期間，市委書記栗智曾爬上車頂，呼籲群眾保持克制，譴責暴力。
另外，約兩百名維吾爾族婦女，中午趁官方安排海外記者在市內採訪時遊行示威，要求當局釋放被抓捕的家人，群眾一度與防暴警察對峙。其中一名女示威者指，有多名家人遭公安抓捕。她說：我哥哥及父親已被抓捕，他們都是無辜的，我很擔心明天會遭抓捕，不能留在家了。
當局出動多部裝甲車，大批防暴警到場戒備，雙方多次發生肢體掽撞，期間有兩名女示威者暈倒，雙方對峙了一個半小時後，示威者接受警察勸籲和平散去。
新疆自治區黨委書記王樂泉傍晚宣佈，烏魯木齊市由周二晚九時至周三早上八時實施宵禁，他呼籲群眾避免進一步衝突。他說：我們應該保護冷靜，頭腦清醒，不要上別人的當，不論任何民族，我們都要寬容看待，應該有同仇敵愾的態度。
市內一家國際青年旅館的漢族員工﹐週二晚接受本台記者採訪時指出，烏魯木齊正實施宵禁﹐城內則有軍隊﹐但他表示騷亂主要集中在二道橋一帶﹐而他們生活的社區則主要以漢人為主﹐所以暫未有失控情況發生﹐他仍然可以開車上街。
這名員工承認﹐他已經儲備了一些飲用水及方便面﹐因為不清楚局勢會不會進一步惡化。他同時透露﹐現時外國人仍然可以持旅遊簽証到烏魯木齊然﹐但假如所持的是記者簽証就會“比較麻煩”。這名漢族員工對記者說﹐烏魯木齊居住的漢人佔大多數﹐最近幾天烏市的維吾爾人更加是不敢上街。儘管他生活在烏魯木齊﹐但他說﹐自己沒有維吾爾人的朋友﹐也不會和他們交朋友。
外交部發言人秦剛周二指，新疆周日發生的騷亂，並非和平示威活動，而是打砸搶燒的邪惡行為。他說，任何人將這次騷亂形容為和平示威，是顛倒黑白，企圖誤導公眾。
總部設在德國的世界維吾爾大會組織發言人迪里夏提呼籲維族人，要和平，理智地進行示威遊行，要求中共停止逼害維族人。他說：維族人是和平，友善的，但發生衝突都是因為中共煽動誣害群眾，對我們族人的不理解所致，我要求國際介入調查鎮壓事件。
迪里夏提又指，維吾爾族人抗暴已從烏魯木齊擴大到新疆第二大城喀什、伊犁、和田及阿克蘇等四個地方，並收到消息有維吾爾人在各地被漢人打死﹐而當地亦已有數萬名武警進駐，所有交通要道已實施管制，氣氛十分緊張。