從這時起，日本華北駐屯軍把蘆溝橋事件，上升到了華北問題的高度，並確立了武力解決的方針。
華北駐屯軍在確立這一方針後，考慮到需要拖延時間以準備戰爭，因此，仍未停止與中方代表的談判。7月11日晚，鬆井還煞有介事地與秦德純搞了一個《蘆溝橋事件現地協定》，似乎蘆溝橋事變真的就要以和平方式“就地解決了”。
在和平煙幕下，大規模的侵華戰爭將要開始，就在協定簽訂的當天，北平方麵為表示自己的友好和誠意，當天晚上，把幾天來俘虜的200多名日本兵送回了豐台。
自7月11日起，日軍增派華北的部隊陸續到達密雲、古北口、高麗營、唐山、通州等地，完成了對平、津的包圍。同時，大批飛機、大炮、坦克也由日本、朝鮮和東北源源不斷地運往平津一帶。占據蘆溝橋附近的日軍，仍未依約撤退。
日軍的和談是緩兵之計，但和平對企圖保存實力的宋哲元有誘惑力。為製造和平氣氛，他於13日下令：“從14日起，北寧鐵路列車正常運行；解除北平戒嚴；釋放被捕日人，嚴禁與日軍摩擦。”為博得日本人好感，還特意將此令通報日軍。
就在宋哲元做出和平姿態的同時，7月14日，日本華北軍司令官香月清司向宋哲元提出了反共、取締排日言論和團體，中國軍隊撤出華北等7項要求。
這7項要求苛刻得令人難以忍受，但宋哲元表示原則上無異議，惟希望延緩實行。在此期間，宋哲元一直沒有進行有效的抗戰準備。
宋哲元的妥協努力都是徒勞的。7月中旬，日本陸軍本部認為，對華作戰的時機已經成熟，借口中國軍隊北上，把對華交涉政策改為有限期交涉。他們估計華北駐屯軍在7月19日前後，可以完成作戰部署，於是把限期定為19日。其最低要求是：一、宋哲元正式道歉。二、處罰責任者包括馮治安。三、撤退八寶山附近的部隊。四、在7月11日協定上改為宋哲元簽字。同時要求南京政府使中央軍恢複舊態勢，中止對日軍事行動，並不得妨礙就地解決。這實際上是向中國發出的最後通牒。
在防禦問題上，第29軍高級將領存在著兩種不同意見，一種主張以攻為守，一種主張以退為守。兩種意見爭論不下，宋哲元拿起紅鉛筆在地圖上一劃說：“既不以退為守，也不以攻為守，我們以守為守吧！”
這時，日軍第一批增援兵力已全部進入華北，不管宋哲元方麵如何讓步，日本都不會滿意。華北駐屯軍發表聲明說：“從20日午夜以後，駐屯軍將采取自由行動。”日本外務省20日淩晨1時也發表聲明，認為國民政府的《備忘錄》所言，日本政府難以接受。而且，目前事態惡化的原因，在於南京政府一麵阻礙現地協定，一麵不斷調中央軍北上。與此同時，日軍參謀本部決定使用武力解決事變的方案，得到了日本內閣的批準。
20日下午，日軍猛烈炮擊宛平城和長辛店，以此作為當天宋哲元關於“中日兩大民族彼此互讓，彼此信任，彼此推誠”的答複。
21日，大批日軍抵達豐台，日軍飛機結隊在北平上空偵察、示威。22日，日軍50架飛機飛抵天津，機械化部隊也秘密運到華北。據南京中央7月23日獲得的情報，除關東軍增援部隊外，尚有日軍8個師團計16萬人正在來華途中，天津日軍以40輛載重汽車往豐台運送軍火。
7月25日，日本鐵甲車載兵100多人，當天下午以修理平津之間軍用電話線為借口，從天津抵達廊坊，強行侵占車站，與當地駐軍38師113團發生武裝衝突，戰鬥持續到次日淩晨。日軍派援兵千餘人，在14架飛機和數輛裝甲車掩護下，向廊坊發動猛烈攻擊。車站、營房均毀於日軍炮火。中國守軍拚死抵抗，傷亡慘重，退出廊坊，轉至黃村。日軍隨即進占北倉、楊村、落垡等車站，切斷了北平與天津之間的交通。
日軍侵占廊坊後，向宋哲元發出最後通牒，要求29軍限期撤出北平，移駐保定地區。26日下午，日軍乘26輛卡車由豐台向北平城內開進。到廣安門時，遇到132師劉汝珍團阻擊。由於日軍卡車以最快速度衝過城門，使日軍一部分衝進城內，另一部分被阻於城外。當晚10時左右，戰鬥停止，已入城的日軍分散隱蔽在附近高粱地裏。次日晨，入城日軍被迫按照29軍指定的路線，到東交民巷日本公使館。沒有入城的日軍退到豐台。
7月27日，日軍向通縣發動總攻，激戰到中午，中國軍隊突圍撤退。直到此時，宋哲元才電請蔣介石速派軍隊北進，以解北平之圍。
蔣介石電令宋哲元：“應固守北平、保定、宛平各城之基礎，切勿使之疏失，保定防務有確實部隊負責固守。”
宋哲元當即答複日方，26日提出的最後通牒，對日方的一切無理要求，均予以拒絕。並於當日召集軍政要員會議，會後通電全國，決心誓死守土。同時電令第29軍各部奮勇抵抗。
7月28日，日本中國駐屯軍對北平郊區發動進攻，日軍集中大量兵力，並配有3個炮兵團，百餘輛戰車，10多架飛機，大舉進攻南苑。中國駐南苑守軍第132師，在佟麟閣副軍長和趙登禹師長的指揮下，奮起抵抗，浴血奮戰，激戰5個多小時，中國守軍傷亡2000多人，29軍副軍長佟麟閣和師長趙登禹以身殉國。表現了一個中國軍人應有的氣節。
當日，南苑陷入日寇手中。
同時，日軍獨立混成第1旅團和第11旅團主力，分別向北苑等地的中國守軍發動進攻。宋哲元見大勢已去，遂派張自忠代理冀察政務委員會委員長兼北平市長。第29軍各部奉命於當晚經門頭溝開始南撤，29日，北平陷落。
29日淩晨，駐守天津的第29軍38師26旅一部，在副師長李文田的率領下，偕同天津保安警察部隊，向日本駐天津各機關及租界發動進攻。李文田與副指揮劉家鸞、天津市秘書長馬彥忡聯名通電：“誓與津市共存亡，喋血抗戰，義無反顧。”中國軍隊一度攻占了北倉飛機場及日軍駐守的車站，逼近日租界中的海光寺營房，給敵人以大量殺傷。後日軍增援部隊趕到，在戰車、飛機的掩護下，向中國軍隊反撲。天津總車站、南開大學校舍等處大半毀於戰火。中國軍隊血戰一晝夜，決定放棄天津，向馬廠撤退。三日之內，平、津陷落。
平津陷落隻是戰爭的開始，日本擴大侵華戰爭的意圖十分明確，隨即便開始向整個華北進攻。中日全麵戰爭由此展開。那麼，日軍的下一步行動將指向何處呢？