卢沟桥事变的爆发，在全国引起强烈反响。事变的第二天，中国共产党中央委员会就通电全国，呼吁：“同胞们，平津危急！华北危急！中华民族危急！只有全民族实行抗战，才是我们的出路！”蒋介石则提出了“不屈服，不扩大”和“不求战，必抗战”的方针，并致电宋哲元等人，命令他们坚守宛平城。
日军在遭到卢沟桥守军顽强抵抗后，分别在1937年7月9日、11日、19日与冀察当局三次达成所谓的“停战协议”。
到7月25日，陆续集结平津的日军已达6万人以上。26日，日军参谋部经天皇批准，命令日本华北驻屯军向第29军发动攻击，并增调国内5个师约20万人到中国，并向华北驻屯军司令官香月清司下达正式作战任务：“负责攻打平津地区的中国军队。”7月28日上午，日军按预定计划向北平发动总攻。
驻守北平的第29军将士在各自驻地英勇抵抗。最后，第29军副军长佟麟阁、第132师师长赵登禹战死，不少军训团的学生也在战斗中牺牲。28日夜，宋哲元撤离北平，29日，北平沦陷。7月30日，天津失守。平津地方完全被日寇占领。
攻占平津后，日军的气焰十分嚣张，决定按照预订计划大规模入侵中国。他们一方面开始实行全国的战时动员，另一方面以在华北地区的30万兵力分四路向中国内地长驱直入：一路由平绥路进攻绥远省；一路由津浦路、胶济路进攻山东省；一路由平汉路进攻河南省；一路由平绥路、同浦路进攻山西省。日军所到之处，中国遍遭蹂躏。