日來运用军事与外交，费尽心力；而倭寇迫我形势之险恶，亦于昨今两日为甚--以彼恐我反对宋哲元所订条约而不肯撤兵耳。
7月22日宋哲元与熊斌在北平会晤后，宋得知蒋介石的抗战决心，觉察到自己备受蒙骗，于是转变了态度，7月23日下令21日开始从北平撤出的37师立即停止撤退。
至于日军这一边，一方面公开宣称遵守“就地协定”不扩大事态，一方面向平津地区秘密派遣8个师团约16万人的军队，并有满载战车、重武器、弹药等军需品的火车连日由山海关驶入华北。
7月24日，中国驻军38师师长张自忠为了解日军撤军情况，到天津的日军中国驻屯军司令部，求见司令香月清司，但香月闭门不见，声称有病在身。
宋哲元听此报告后，进一步体察到以往所有的就地交涉均为徒劳，日军不过是实行缓兵之计，面对日军的狂妄野心，宋哲元将一度撤退的军队全部进驻原來阵地。蒋介石得知29军的动向，很高兴，为了充实该军力量，把河南省的高射炮部队调驻河北保定，归宋哲元指挥。
何应钦签发命令，命各地补给基地通力支援河北省，并将300万发弹药急发河北。
在蒋介石“最后关头”演说的精神鼓舞下，全国上下团结一致，决心奋起抗战，对给日本侵略者以迎头痛击、打响抗日第一枪的29军，给予热切的期待与鼓励。北平、天津的大中学生们，纷纷跑到前沿阵地，协助29军构筑防御工事，并组织歌咏队为阵地的将士演唱。北京大学全体教授在同一天(24日)发表宣言：“我们为人道正义、为自由、为和平而牺牲，在所不惜。唯望全世界明达认清这个破坏和平、摧残文化的罪魁是日本，而不是中国!”
第29军全体将士在举国上下的声援下，精神无比振奋，誓与來犯之敌决一死战。
蒋介石在写这篇日记的当日致电宋哲元，促其做好应战准备：
“以中(蒋介石)判断，不久彼(日本)必有进一步之动作，我北平城内及其附近尤应严防。若我能积极准备，示人以无机可乘，随时可起而抵抗，则或可消弭战端，戢其野心也。兄有否准备？盼详复。”
廊坊、广安门之挑战，是倭必欲根本解决冀察与宋哲元部也。……遭必不能免之战祸，当一意作战，勿再作避战之想矣!
7月18日蒋介石曾电示宋哲元：“倭寇不重信义，一切条约不足为凭。”但当时的宋哲元被日方要求“就地解决”所迷惑，直到22日与熊斌会晤后，方有觉醒。
日寇果然先以“就地解决”为缓兵之计，到了7月25日，日军业已完成全面进攻平津的一切准备，河北日军已增达10万之众，只等找个导火的借口了。
7月25日下午4时，由天津开往北平的一辆装甲列车到达天津与北平之间的廊坊车站，从车上跳下100名日军，借口修理电话，将该站占据。此时，驻守廊坊的中**38师刘振之的113旅要求日军撤走，日军毫不理会，双方僵持到午夜。
当晚12时，日军突然向廊坊驻军开火，两军进入战斗状态。与此同时，日本中国驻屯军司令香月清司向宋哲元提出最后通牒：
“(一)卢沟桥及八宝山附近配备之第37师须于27日正午以前撤至长辛店。
“(二)北平城内之32师、西苑之第37师部队亦须于28日正午以前移至永定河以西。”
并要求29军退出北平，由警察维持秩序。最后言明：
“如不实行，日军则采取独自行动。”
7月26日，日军14架飞机，对廊坊进行轰炸，接着，在上午7时，由天津派來日军增援部队，对平津分三路实行分割包围。廊坊驻军的营房、车站均被摧毁，上午10时，中**队顽强抵抗无效，被迫放弃阵地。
这一天，蒋介石向宋哲元发出指示电：
“此刻兄应下决心如下：
一、巩固北平城防，立即备战，切勿疏失。
二、宛平城防，立即恢复戒备，此地点重要，应死守勿失。
三、兄本人立即到保定指挥，切勿再在北平片刻停留。
四、决心大战，照中(蒋介石)昨电对沧(县)保(定)、沧(县)石(家庄)各线从速部署。”
同日(26日)晚上，日军又袭击了广安门驻军。当时，有载满日军的数十辆军车，驶达广安门，声称是野外演习归來的日本总领事馆的卫兵要返回北平城内。担任广安门城防的第29军独立25旅679团团长刘汝珍识破敌方诡计，并认出他们乃是驻屯丰台的战斗部队。于是刘团长命令士兵打开城门，诱敌入城后，开枪射击，日军陷入混乱，死伤10多人，最终來犯之敌被击退。
这一天，蒋介石在他的日记上记下了他的感想。他从廊坊、广安门之挑战，看到日军的险恶用心，一切情势表明，战争在所难免，和平解决“卢沟桥事件”已是不可能，只有“一意作战”了!
“历代古都，竟沦犬豕矣。悲痛何如!然此为预料所及，故昨日已预备失陷后之处置，此不足惊异也。”
日军已经急不可待。那个他自己所定的“期限”还未到，便于7月27日凌晨3时整，突然向北平东方的通县中国驻军发起进攻。紧接着于清晨5时，又有在18架飞机配合下的日本骑兵突袭北平南方的团河中国驻军。29军该地驻军牺牲千人以上。当日午后，日军又陆续攻击北平北方的高丽营、昌平、汤山、沙河等地。至此，北平已陷入日寇的三面包围之中。
7月28日拂晓，日军中国驻屯军司令香月清司亲自率领日军铃木混成旅团、河边旅团及机械化旅团向北平城外的南苑发起猖狂进犯。日军20架飞机轮番轰炸，驻军阵地一一被摧毁，官兵大量伤亡。第29军副军长佟麟阁、师长赵登禹并力指挥，与敌激战竟日，给日军以重创。在孤军无援的情况下，佟副军长和赵师长身先士卒，沉着指挥。两位将军身中数弹，依然斗志昂扬，直到最后与许多官兵一同殉国。
同时遭到日军猛烈攻击的还有北苑、西苑和黄寺等地。
28日下午，宋哲元在北平召开紧急会议。会上讨论北平是死守还是放弃的问題。本來蒋介石希望他们选择死守这条道路，这也是全国民众的心愿。但当地绝大多数人不忍使这座文化古城毁于战火之中。于是决定退守保定，留张自忠代理冀察政务委员会委员长、北平绥靖主任、北平市长之职。宋哲元与秦德纯在当天晚上9时按照蒋介石的指令，离开北平，撤退到保定。
7月29日，北平陷落。
在日军进攻北平的同时，天津也遭到攻击。驻守天津的国民党38师在副师长李文田的率领下，于29日凌晨2时，反攻企图占领天津警察机关的日军；奇袭并攻克了天津火车东站和西站；又奔袭日军东局子机场，破坏了机场，捣毁了飞机；还炮轰了日军华北驻屯军司令部，给不可一世的日寇以沉重打击。但在日军的飞机轰炸与炮击下，30日被迫放弃天津。
在通县方面，于7月29日，伪原“冀东防共自治政府”的保安队3000人高举义旗，投入抗日战线。他们歼灭了日军特务机关人员和警备队员300人，并逮捕了伪主席殷汝耕(后被日军夺回)。
国民党军队在平津战斗中，伤亡官兵达5000余人。
蒋介石于29日，在南京就放弃平津的计划向新闻记者发表讲话，其内容如下：
“军事上一时之挫折，不能认为失败，而且平津战事不能认为已经了结。日本既蓄意侵略中国，不惜用尽种种手段，则可知今日平津之役，不过其侵略战争之开始，而绝非其战事之结局。国民只有一致决心，共赴国难。”
蒋介石在7月31日发表了《告抗战全体将士书》：
“……这几年來的忍耐，骂了不还口，打了不还手，我们为的是什么？实在为的要安定内部，完成统一，充实国力，到‘最后关头’來抗战雪耻。”
“现在，和平既然绝望，只有抗战到底。那就必须不惜牺牲來和倭寇死拼。我们大家都是许身革命的炎黄子孙，只有齐心努力杀戮、驱逐万恶的倭寇。”在此书中，虽然有为其以前“攘外必先安内”的误国政策辩解之嫌，但毕竟表达了他在日本逼他订立城下之盟，而使他别无选择之时，决心奋起抗战的态度。
1937年7月31日，蒋介石开始部署全面抗战，成立大本营。编组全**队，急速调动军队投入战斗。
苏俄之外交诡诈无比。如苏俄先与我订立互不侵犯条约，借以威胁倭寇，亦要求倭寇订立互不侵犯条约，而作固守中立之计，此亦不可注意也。
蒋介石对斯大林一直不存信心。虽则他能对日抗战则必联俄，何况当时苏联提出签订互不侵犯条约。
蒋介石原指望日俄开战，中国中立；现在的局势则是中国与日本进入长期的战争，苏联中立，斯大林观望。蒋介石对这事态的发展也不能无介于怀。
对倭取胜之要诀，在于深沟、广壕、坚壁、厚盖、固守、坚拒、乘机袭击，大敌则避，小敌则战，制敌死命，全在于此。而临战之时，则须负伤不退，宁死不屈，操胜之道，如此而已矣!
蒋介石为扭转局势，先命驻扎在绥远省平地泉的汤恩伯所属十三军移驻察哈尔省要冲张家口，接着命令其所属主力第89师于8月6日从居庸关南下进驻南口，由北而南向北平推进。8月11日，孙连仲的27师，挺进到北平西南的窦店，由南而北向北平逼近。到这一天为止，空军也完成了华北的作战准备。
8月9日，蒋介石在南京召开国民党最高国防会议。**代表周恩來、朱德、叶剑英出席会议。会上，继续讨论了有关发表庐山会谈(7月17日)《宣言》和红军改编中的问題。
同一天，在上海发生了虹桥事件。这是继卢沟桥事变的又一战争导火线，是日本海军部蓄谋已久的“老调重弹”。
8月9日下午5时，日本侵驻上海的海军特别陆战队西部派遣队长大山勇夫中尉和一等水兵斋藤与藏驾驶汽车，强行突破中国方面的警戒线，驶向虹桥飞机场。中国保安队令其停车，可他们置之不理，并开枪打死一名保安人员。保安队被迫还击自卫，把两个挑衅者当场击毙。
事件发生后，上海市市长愈鸿钧马上通知日本驻上海总领事馆总领事冈本季正，约定通过外交方式加以解决。
可是，日军第三舰队司令长官长谷川清借口“事态恶化”，急不可待地派遣陆战队3000多人登陆。此时，日军以设在虹口的陆战队本部为中心，其兵力已达12000人，并构筑阵地约80多处，虎视眈眈，不可一世。
而中国方面，此时此刻，由于1932年“一?二八”淞沪战役后签订的停战协定之规定，上海市除留有保安总团、警察总队和保卫团等少数维持治安的武装力量外沒有驻扎正规战斗部队。但是冈本季正却在8月11日向俞鸿钧提出“撤退保安队”和“拆除保安队防御工事”的无理要求，俞鸿钧对日方要求当即予以拒绝。
面对日军向上海市内增兵的事实，中国方面不能不有所准备。8月11日，蒋介石调5年半之前曾与日军在“一?二八”淞沪战役作战的劲旅，京沪警备总司令张治中所指挥的八十七、八十八两个师进驻上海近郊，准备对日作战。
中**队在上海周围的龙华、虹桥、真如、闸北、江湾、大场等处，利用自然河汊沟渠，从1935年即开始构筑防御工事，现已形成对上海的合围之势。
蒋介石之所以加强上海的部署，确实是要与日寇在东南沿海地区进行一次决战。他认为，日军作战意图是控制中国的中枢地区武汉，如果日军沿平汉线南下，则东南部的中**队就会处于背水之战的不利地位，因此他置华北于不顾，把主力军投入上海，诱使日本大本营将其主力转入上海，使其形成沿长江西上仰攻的态势，这样便于赢得时间，进行持久作战，打破日军速战速决的侵华计划，从而等待国际局势的有利变化，促进英、美等国加速干涉。