日軍在喜峰口受挫後，急調第8師步兵第4旅和騎兵第3旅各一部，在部分偽軍的協同下，向羅文峪發動進攻，企圖威脅第29軍喜峰口陣地的左後方。防守該處的是第29軍暫編第2師劉汝明部。3月16日拂曉，日軍企圖奪取羅文峪之三岔口高地，守軍以一個團跑步繞出黃崖口，截擊敵人，將其擊退。17日8時，日軍在飛機和炮兵支援下，大舉進攻羅文峪、山渣峪和沙寶峪。守軍誘敵迫近，肉搏衝鋒，戰鬥竟日，日軍向鷹手營子退去。18日晨，日軍再次猛攻上述陣地。守軍依托城牆、碉樓，頑強抵抗。日軍在猛烈炮火的支援下，反複向守軍衝擊。戰士們待日軍接近時，抽出大刀，躍出陣地與敵肉搏，戰至傍晚，將其擊退。是夜，守軍以一個團由沙寶峪繞攻日軍側背，另一個團由左翼繞攻其後，正麵守軍也全線出擊。戰至天明，日軍撤至梅花峪、古山子一帶。至此，羅文峪北5公裏內，已無敵蹤。
喜峰口、羅文峪戰鬥，打出了中國軍隊的威風，“振奮了全國的人心”，“大刀隊的威名幾乎把現代化的精良火器都掩蓋了”。日本報紙也評論說，日軍這次失敗喪盡了“皇軍名譽”。
古北口是由承德到北平最近的關口，為平北之門戶，地勢險要，易守難攻。1933年3月4日，日軍占領承德後，即以第8師主力向古北口方向追擊。東北軍王以哲部第107師在古北口外的老虎山和黃上梁一帶，與追擊日軍激戰兩晝夜後於3月9日撤至關內。王以哲急調第112師沿長城以北布防，並準備與中央軍第17軍共同防禦古北口。此時尾追第107師的日軍已進抵長城附近。第17軍第25師關麟征部於3月10日4時抵達古北口。王以哲即令第112師防禦古北口長城第一線；令第25師占領古北口南城東西兩側高地，並向前延伸，是為第二道防線。第25師受領任務後，即以第73旅占領古北口南城東西兩側高地及龍兒峪陣地，並加緊構築工事。
10日15時，笫25師剛部署完畢，日軍第8師一部即在炮火掩護下，作寬正麵的試探性進攻。數小時後退回原線。第25師連夜調整部署，令第73旅加強龍兒峪之線，令第75旅（欠一個團）集結於古北口東北地域，準備迎擊日軍的大規模進攻。11日拂曉，日軍第8師主力在炮兵火力掩護下，開始向守軍發起進攻。防守古北口正麵的第112師未盡力抵抗即放棄了第一線陣地，日軍迅速占領古北關口，並乘勝向守軍第25師右翼龍兒峪陣地包圍攻擊。駐守該地的第73旅傷亡嚴重，聯絡中斷。師長關麟征指揮第75旅主力馳援該團，將敵擊退，並恢複了聯係。12日晨5時許，日軍在飛機和火炮的支援下，對守軍陣地再次發起攻擊。主力指向龍兒峪陣地，並以大部兵力向右翼延伸包圍，戰況更為激烈。戰至 15時，守軍大部不支，被迫後撤。12日夜，撤下的第25師部隊重新整理後，在南天門及其左右占領陣地。13日，第17軍令第25師撤至密雲整補，其防務由第2師接替，繼續與日軍周旋。
日軍進攻長城受阻後，遂改取側後包抄戰術，在長城東段南側的灤東和南天門交替發動進攻，威脅中國守軍的側背，長城戰役進入了第二階段。
3月27日，日本關東軍發布第491號命令，決定“軍主力重新轉向積極作戰”，越過長城線，向灤東地區進攻。
3月31日晨4時，日軍砂田部隊和岩田支隊在偽靖安軍的配合下，由九門口、義院口向石門寨進犯。4月1日，日軍占領石門寨。守軍何柱國部退守海陽、秦皇島。4月6日，何應欽調第67軍王以哲部由平北東進，支援灤東國民黨軍作戰。4月9日，日軍第6師主力在混成第14、第33旅各一部配合下，連續猛攻冷口。至11日，商震部防線被突破，全軍退至灤河右岸，日軍占領建昌營和迂安。由於冷口失陷，冷口兩側的中國守軍腹背受到威脅，被迫後撤。4月11～14日，在日軍分路猛烈進攻下，駐守界嶺口之第53軍楊正治部和駐守喜峰口的宋哲元部以及何柱國部和王以哲部，均先後奉命向灤西撤退。日軍跟蹤追擊，至17日，全部占領了灤東地區。
日軍越過長城，占領灤東，威脅開灤煤礦，損害了英國的利益，英國遂向日本提出警告。日本天皇唯恐越過長城線引起國際糾紛，於4月19日責成參謀副總長真崎甚三郎令關東軍撤出灤東。4月20日，關東軍密令第6師於21日前逐次從灤東撤回長城線，但仍“要保持威脅華北反抗勢力的態勢”。