日來運用軍事與外交，費盡心力；而倭寇迫我形勢之險惡，亦於昨今兩日為甚--以彼恐我反對宋哲元所訂條約而不肯撤兵耳。
7月22日宋哲元與熊斌在北平會晤後，宋得知蔣介石的抗戰決心，覺察到自己備受矇騙，於是轉變了態度，7月23日下令21日開始從北平撤出的37師立即停止撤退。
至於日軍這一邊，一方面公開宣稱遵守“就地協定”不擴大事態，一方面向平津地區祕密派遣8個師團約16萬人的軍隊，並有滿載戰車、重武器、彈藥等軍需品的火車連日由山海關駛入華北。
7月24日，中國駐軍38師師長張自忠為了解日軍撤軍情況，到天津的日軍中國駐屯軍司令部，求見司令香月清司，但香月閉門不見，聲稱有病在身。
宋哲元聽此報告後，進一步體察到以往所有的就地交涉均為徒勞，日軍不過是實行緩兵之計，面對日軍的狂妄野心，宋哲元將一度撤退的軍隊全部進駐原來陣地。蔣介石得知29軍的動向，很高興，為了充實該軍力量，把河南省的高射炮部隊調駐河北保定，歸宋哲元指揮。
何應欽簽發命令，命各地補給基地通力支援河北省，並將300萬發彈藥急發河北。
在蔣介石“最後關頭”演說的精神鼓舞下，全國上下團結一致，決心奮起抗戰，對給日本侵略者以迎頭痛擊、打響抗日第一槍的29軍，給予熱切的期待與鼓勵。北平、天津的大中學生們，紛紛跑到前沿陣地，協助29軍構築防禦工事，並組織歌詠隊為陣地的將士演唱。北京大學全體教授在同一天(24日)發表宣言：“我們為人道正義、為自由、為和平而犧牲，在所不惜。唯望全世界明達認清這個破壞和平、摧殘文化的罪魁是日本，而不是中國!”
第29軍全體將士在舉國上下的聲援下，精神無比振奮，誓與來犯之敵決一死戰。
蔣介石在寫這篇日記的當日致電宋哲元，促其做好應戰準備：
“以中(蔣介石)判斷，不久彼(日本)必有進一步之動作，我北平城內及其附近尤應嚴防。若我能積極準備，示人以無機可乘，隨時可起而抵抗，則或可消弭戰端，戢其野心也。兄有否準備？盼詳復。”
廊坊、廣安門之挑戰，是倭必欲根本解決冀察與宋哲元部也。……遭必不能免之戰禍，當一意作戰，勿再作避戰之想矣!
7月18日蔣介石曾電示宋哲元：“倭寇不重信義，一切條約不足為憑。”但當時的宋哲元被日方要求“就地解決”所迷惑，直到22日與熊斌會晤後，方有覺醒。
日寇果然先以“就地解決”為緩兵之計，到了7月25日，日軍業已完成全面進攻平津的一切準備，河北日軍已增達10萬之眾，只等找個導火的藉口了。
7月25日下午4時，由天津開往北平的一輛裝甲列車到達天津與北平之間的廊坊車站，從車上跳下100名日軍，藉口修理電話，將該站佔據。此時，駐守廊坊的中**38師劉振之的113旅要求日軍撤走，日軍毫不理會，雙方僵持到午夜。
當晚12時，日軍突然向廊坊駐軍開火，兩軍進入戰鬥狀態。與此同時，日本中國駐屯軍司令香月清司向宋哲元提出最後通牒：
“(一)盧溝橋及八寶山附近配備之第37師須於27日正午以前撤至長辛店。
“(二)北平城內之32師、西苑之第37師部隊亦須於28日正午以前移至永定河以西。”
並要求29軍退出北平，由警察維持秩序。最後言明：
“如不實行，日軍則採取獨自行動。”
7月26日，日軍14架飛機，對廊坊進行轟炸，接著，在上午7時，由天津派來日軍增援部隊，對平津分三路實行分割包圍。廊坊駐軍的營房、車站均被摧毀，上午10時，中**隊頑強抵抗無效，被迫放棄陣地。
這一天，蔣介石向宋哲元發出指示電：
“此刻兄應下決心如下：
一、鞏固北平城防，立即備戰，切勿疏失。
二、宛平城防，立即恢復戒備，此地點重要，應死守勿失。
三、兄本人立即到保定指揮，切勿再在北平片刻停留。
四、決心大戰，照中(蔣介石)昨電對滄(縣)保(定)、滄(縣)石(家莊)各線從速部署。”
同日(26日)晚上，日軍又襲擊了廣安門駐軍。當時，有載滿日軍的數十輛軍車，駛達廣安門，聲稱是野外演習歸來的日本總領事館的衛兵要返回北平城內。擔任廣安門城防的第29軍獨立25旅679團團長劉汝珍識破敵方詭計，並認出他們乃是駐屯豐臺的戰鬥部隊。於是劉團長命令士兵開啟城門，誘敵入城後，開槍射擊，日軍陷入混亂，死傷10多人，最終來犯之敵被擊退。
這一天，蔣介石在他的日記上記下了他的感想。他從廊坊、廣安門之挑戰，看到日軍的險惡用心，一切情勢表明，戰爭在所難免，和平解決“盧溝橋事件”已是不可能，只有“一意作戰”了!
“歷代古都，竟淪犬豕矣。悲痛何如!然此為預料所及，故昨日已預備失陷後之處置，此不足驚異也。”
日軍已經急不可待。那個他自己所定的“期限”還未到，便於7月27日凌晨3時整，突然向北平東方的通縣中國駐軍發起進攻。緊接著於清晨5時，又有在18架飛機配合下的日本騎兵突襲北平南方的團河中國駐軍。29軍該地駐軍犧牲千人以上。當日午後，日軍又陸續攻擊北平北方的高麗營、昌平、湯山、沙河等地。至此，北平已陷入日寇的三面包圍之中。
7月28日拂曉，日軍中國駐屯軍司令香月清司親自率領日軍鈴木混成旅團、河邊旅團及機械化旅團向北平城外的南苑發起猖狂進犯。日軍20架飛機輪番轟炸，駐軍陣地一一被摧毀，官兵大量傷亡。第29軍副軍長佟麟閣、師長趙登禹併力指揮，與敵激戰竟日，給日軍以重創。在孤軍無援的情況下，佟副軍長和趙師長身先士卒，沉著指揮。兩位將軍身中數彈，依然鬥志昂揚，直到最後與許多官兵一同殉國。
同時遭到日軍猛烈攻擊的還有北苑、西苑和黃寺等地。
28日下午，宋哲元在北平召開緊急會議。會上討論北平是死守還是放棄的問題。本來蔣介石希望他們選擇死守這條道路，這也是全國民眾的心願。但當地絕大多數人不忍使這座文化古城毀於戰火之中。於是決定退守保定，留張自忠代理冀察政務委員會委員長、北平綏靖主任、北平市長之職。宋哲元與秦德純在當天晚上9時按照蔣介石的指令，離開北平，撤退到保定。
7月29日，北平陷落。
在日軍進攻北平的同時，天津也遭到攻擊。駐守天津的國民黨38師在副師長李文田的率領下，於29日凌晨2時，反攻企圖佔領天津警察機關的日軍；奇襲並攻克了天津火車東站和西站；又奔襲日軍東局子機場，破壞了機場，搗毀了飛機；還炮轟了日軍華北駐屯軍司令部，給不可一世的日寇以沉重打擊。但在日軍的飛機轟炸與炮擊下，30日被迫放棄天津。
在通縣方面，於7月29日，偽原“冀東防共自治政府”的保安隊3000人高舉義旗，投入抗日戰線。他們殲滅了日軍特務機關人員和警備隊員300人，並逮捕了偽主席殷汝耕(後被日軍奪回)。
國民黨軍隊在平津戰鬥中，傷亡官兵達5000餘人。
蔣介石於29日，在南京就放棄平津的計劃向新聞記者發表講話，其內容如下：
“軍事上一時之挫折，不能認為失敗，而且平津戰事不能認為已經了結。日本既蓄意侵略中國，不惜用盡種種手段，則可知今日平津之役，不過其侵略戰爭之開始，而絕非其戰事之結局。國民只有一致決心，共赴國難。”
蔣介石在7月31日發表了《告抗戰全體將士書》：
“……這幾年來的忍耐，罵了不還口，打了不還手，我們為的是什麼？實在為的要安定內部，完成統一，充實國力，到‘最後關頭’來抗戰雪恥。”
“現在，和平既然絕望，只有抗戰到底。那就必須不惜犧牲來和倭寇死拼。我們大家都是許身革命的炎黃子孫，只有齊心努力殺戮、驅逐萬惡的倭寇。”在此書中，雖然有為其以前“攘外必先安內”的誤國政策辯解之嫌，但畢竟表達了他在日本逼他訂立城下之盟，而使他別無選擇之時，決心奮起抗戰的態度。
1937年7月31日，蔣介石開始部署全面抗戰，成立大本營。編組全**隊，急速調動軍隊投入戰鬥。
蘇俄之外交詭詐無比。如蘇俄先與我訂立互不侵犯條約，藉以威脅倭寇，亦要求倭寇訂立互不侵犯條約，而作固守中立之計，此亦不可注意也。
蔣介石對斯大林一直不存信心。雖則他能對日抗戰則必聯俄，何況當時蘇聯提出簽訂互不侵犯條約。
蔣介石原指望日俄開戰，中國中立；現在的局勢則是中國與日本進入長期的戰爭，蘇聯中立，斯大林觀望。蔣介石對這事態的發展也不能無介於懷。
對倭取勝之要訣，在於深溝、廣壕、堅壁、厚蓋、固守、堅拒、乘機襲擊，大敵則避，小敵則戰，制敵死命，全在於此。而臨戰之時，則須負傷不退，寧死不屈，操勝之道，如此而已矣!
蔣介石為扭轉局勢，先命駐紮在綏遠省平地泉的湯恩伯所屬十三軍移駐察哈爾省要衝張家口，接著命令其所屬主力第89師於8月6日從居庸關南下進駐南口，由北而南向北平推進。8月11日，孫連仲的27師，挺進到北平西南的竇店，由南而北向北平逼近。到這一天為止，空軍也完成了華北的作戰準備。
8月9日，蔣介石在南京召開國民黨最高國防會議。**代表周恩來、朱德、葉劍英出席會議。會上，繼續討論了有關發表廬山會談(7月17日)《宣言》和紅軍改編中的問題。
同一天，在上海發生了虹橋事件。這是繼盧溝橋事變的又一戰爭導火線，是日本海軍部蓄謀已久的“老調重彈”。
8月9日下午5時，日本侵駐上海的海軍特別陸戰隊西部派遣隊長大山勇夫中尉和一等水兵齋藤與藏駕駛汽車，強行突破中國方面的警戒線，駛向虹橋飛機場。中國保安隊令其停車，可他們置之不理，並開槍打死一名保安人員。保安隊被迫還擊自衛，把兩個挑釁者當場擊斃。
事件發生後，上海市市長愈鴻鈞馬上通知日本駐上海總領事館總領事岡本季正，約定透過外交方式加以解決。
可是，日軍第三艦隊司令長官長谷川清藉口“事態惡化”，急不可待地派遣陸戰隊3000多人登陸。此時，日軍以設在虹口的陸戰隊本部為中心，其兵力已達12000人，並構築陣地約80多處，虎視眈眈，不可一世。
而中國方面，此時此刻，由於1932年“一?二八”淞滬戰役後簽訂的停戰協定之規定，上海市除留有保安總團、警察總隊和保衛團等少數維持治安的武裝力量外沒有駐紮正規戰鬥部隊。但是岡本季正卻在8月11日向俞鴻鈞提出“撤退保安隊”和“拆除保安隊防禦工事”的無理要求，俞鴻鈞對日方要求當即予以拒絕。
面對日軍向上海市內增兵的事實，中國方面不能不有所準備。8月11日，蔣介石調5年半之前曾與日軍在“一?二八”淞滬戰役作戰的勁旅，京滬警備總司令張治中所指揮的八十七、八十八兩個師進駐上海近郊，準備對日作戰。
中**隊在上海周圍的龍華、虹橋、真如、閘北、江灣、大場等處，利用自然河汊溝渠，從1935年即開始構築防禦工事，現已形成對上海的合圍之勢。
蔣介石之所以加強上海的部署，確實是要與日寇在東南沿海地區進行一次決戰。他認為，日軍作戰意圖是控制中國的中樞地區武漢，如果日軍沿平漢線南下，則東南部的中**隊就會處於背水之戰的不利地位，因此他置華北於不顧，把主力軍投入上海，誘使日本大本營將其主力轉入上海，使其形成沿長江西上仰攻的態勢，這樣便於贏得時間，進行持久作戰，打破日軍速戰速決的侵華計劃，從而等待國際局勢的有利變化，促進英、美等國加速干涉。