日本发动全面侵华战争后三个星期，大批援兵开到，1937年7月29日攻陷北平。30日，又攻陷天津。

　　‘七七’事变后，全国人民群情激愤。8日，中国共产党中央委员会通电全国，号召全民族抗战。同日，蒋介石电令宋哲元：宛平城应固守勿退，并须全体动员，以备事态扩大。9日，国民政府军事委员会电令全国备战，并令第26路军孙连仲等部4个师归宋哲元指挥，开赴保定、石家庄，支援第29军作战。

　　此时，日本政府一面以‘不扩大局面’和‘就地解决’为幌子，假意和中国谈判；一面向华北增兵，加紧侵略部署。11日，日本内阁决定增兵，并发表《关于向华北派兵的政府声明》。其参谋本部命令关东军独立混成第1、第11旅分别从辽宁公主岭(今属吉林)、河北古北口(今属北京)向顺义县城、高丽营地区集结；第20师由朝鲜经山海关进入天津一带；关东军飞行集团6个中队飞抵山海关、绥中、锦州，高炮、装甲等特种部队开赴华北；令中国驻屯军步兵旅主力集结于北平以东地区。总兵力约10万人。15日，日本新任中国驻屯军司令官香月清司拟制了进攻平、津的作战计划，要求参战部队于20日前集结完毕。

　　7月20日，日军集结就绪。21日晨，大批日军飞机低空掠过北平上空。25日夜，日军第20师步兵第77团以维修军用电话为名，袭击廊坊中国军队第38师第226团守备区。守军被迫自卫。次日拂晓，日军在航空兵与装甲部队配合下，攻占廊坊车站。北仓、杨村、落涺诸车站亦被日军占领。当晚，日军中国驻屯军第2团袭击了北平广安门驻军独立第25旅第679团。26日下午，香月清司向第29军发出最后通牒，要求驻守北平城内和西郊的第37师于28日午前撤至永定河以西，尔后向保定方向撤离；否则，日军将自由行动。27日凌晨，日方未待中方答覆，便派驻屯军第2团围攻通县城外守军独立第39旅第2团第1营，攻占宝珠寺、团河、黄村等中国守军防地。

　　27日下午，宋哲元拒绝日方通牒，向全国发出自卫守土通电，令原准备撤防的第37师迅速进入西苑至卢沟桥一线阵地；第132师速至南苑集结，以该师师长赵登禹为南苑方向作战总指挥；催促孙连仲等部北上抗日。此时南苑驻军有第38、第132师各一部及特务旅等共4个步兵团、1个骑兵团，约7000余人。当晚赵登禹到达南苑，所部主力尚在涿县(今涿州)途中，南苑防御部署未及调整，亦未构筑防御工事，情况十分危急。

　　28日晨，日军向北平市郊发动总攻，以第20师主力配重炮40门，在坦克部队和炮兵掩护下，对南苑展开攻击；日驻屯军步兵旅主力由丰台向南苑进攻。守军被迫仓促应战，有些阵地失而复得。但由于日军飞机与大炮轮番轰炸，官兵苦战至下午1时，战死约5000人，副军长佟麟阁与师长赵登禹阵亡，南苑失守。同一天，日独立混成第1、第11旅在飞机的配合下，猛烈向北郊中国守军进攻，占领沙河、清河镇等地。第29军第37师与第38师一部也向日军反击，一度收复丰台、廊坊，后在日军反扑下，再次失守。宋哲元奉命令所部当晚向保定方向撤退。29日，北平陷落。

　　日军在进攻北平的同时，又进攻天津，29日，第二十九军驻天津的第38师一部与天津保安、警察部队向日军驻津机关及租界发起进攻，一度攻占北仓飞机场、天津火车站，逼近海光寺兵营，给日军以较大杀伤。可是，日军旋即组织反攻，守军不支，向马厂撤退。30日，天津沦陷。

　　平津失陷后，日军即向华北大举进攻。