廊坊战斗开始后，日本华北驻屯军当即于午夜12时派七十七联队千余人增援廊坊日军。此外，还命令驻屯军步兵旅团第二联队第二大队在乘火车去北平途中经过廊坊时，下车参加该地战斗。
1937年7月26日晨2时，日军以主力攻击廊坊的战斗又一次打响。当时日军出动27架飞机在廊坊上空轮番轰炸。上午8时，日军增援部队基本到达，立即在飞机和装甲车配合下，对中国守军阵地发动攻击。二十九军爱国官兵虽然打的是被动仗，但他们不畏牺牲，沉着小战，顽强地坚守着阵地。战至上午10时。整个营区已成一片火海，车站营房均被摧毁，中国守军伤亡惨重。旅长刘振三见此状，对团长崔振伦说：“营房没有死守的必要，你可命令三营从速撤出营房。免遭无谓牺牲。”说完。便钻进营区围墙外的高粱地里。打下阵地和战士们走掉了。崔团长找到刑营长，商议了一下撤退事宜，也匆匆追赶旅长去了。第三营官兵一边抵抗日寇的陆空联合进攻，一边利用青纱帐撤退。下午1时，日军占领了廊坊，平津间铁路交通中断。
中国有句俗话，叫做“软的欺，硬的怕”。
26日上午，日本华北驻屯军向参谋本部申请使用武力。参谋本部立即同意对中国军队第二十九军“坚决予以讨伐”。下午，北平特务机关长松井太久郎代表香月清司来到东城铁狮子胡同求见宋哲元。宋哲元知道日方此行不善，派张维藩代见。松井呈递一份华北驻屯军向二十九军发出的最后通牒，通牒蛮横要求中国军队将“驻卢沟桥及八宝山附近之第三十七师，促其于27日正午以前，退至长辛店，又将北平城内之第三十七师与西苑之该师部队，同时退往平汉路以北地区，至本月28日正午为止，须迁至永定河以西之地带，嗣后仍须将此项军队运往保定方向。”如果中国方面不按此办理，日军就要采取“独自之行动”，而目要中国军队负一切责任。
读了这份充满挑衅口气和火药味甚浓、可恶可恨的“通牒”，爱国将领宋哲元感到日军大举进攻已迫在眉睫，和平之门已最后关闭，除了奋起抵抗外，别无他路可走。他命令秦德纯马上退回通牒，拒绝日本侵略者的要求。暗自命令部队，准备与日寇决战。
秦德纯退回通牒，同时提出了口头抗议，限日军立刻退出北平城。双方辩论了3个小时之久，松井临走前恶狠狠地说：“条件接受当做，不接受亦当如此做。”
秦德纯大怒，说：“吾人可在枪炮上见面！”
松井见威胁不成，就把通牒往地上一扔，气势汹汹地走了。
这天（26日）下午，华北驻屯军第二联队第二大队500余名日军，由大队长广部率领从天津出动，经廊坊赶到丰台。下午两点钟换乘26辆大卡车，径直开往北平，下午7时许抵达广安门。他们谎称是日本使馆的卫队，从野外演习归来，企图强行闯入北平城。
驻守广安门的中国军队是第二十九军一三二师第二十五独立旅第六十九团刘汝珍部-个连队，见敌人不怀好意，当即关闭城门，拒绝日军进城。被阻于城外的日军坚持要进城，并气势测汹汹地摆出一副阻进则攻的架势。
宋哲元闻报，当即命令刘汝珍团：“敌人要打即战！”
守城官兵士气大振，随即将城门慢慢开启，诱敌攻城。轻狂傲慢不可一世的日军以为中国军队又一次妥协，便毫不犹豫地鱼贯而入。当日军车队半数进入城门后，刘团官兵出其不意地向敌人车队猛烈开火，两军展开对战。由于中国守军居高临下，位置有利，加以主动出击，火力猛烈，日军顿时陷入混乱，遭到相当损失。
日本侵略军正望挑起战火。
香月清司对日军在广安门受挫和最后通牒遭宋哲元拒绝十分恼怒，在日本当局授意下，于27日中午下令，向中国军队发起总攻击。只因北平城内日本侨民未能按计划全部撒出，进攻时间又改为28日。但局部的进攻已经拉开了战幕。28日晨2时，日军向驻扎在通县和团河的中国军队突然袭击，双方激战到上午11时，中国军队寡不敌众，突围撤退，通县、团河均告失守。平津局势危如累卵。
平津血战愈演愈烈。
日军攻占通县、团河后，又于当天深夜开始向位于北平南郊的南苑发起进攻。
南苑地处团河之北，也是通往北平的咽喉要道。南苑若失守，日军则将控制北平南郊，继而可以长驱直入永定门，占领北平古城。
宋哲元于7月27日决定，二十九军军部由南苑移驻北平，委派赵登禹将军为南苑方向指挥。当天下午，军部迁往北平城，赵登禹则赶到南苑，和骑兵师师长郑大章一同负责南苑防务。
驻南苑的部队除军部直属各处科以外，还有直属炮、工、交各营，后勤、医院，特务旅（旅长孙玉田）所属两个团，军官教导团（佟麟阁兼团长），军事训练团，骑兵第九师之一个团，第三十七师炮兵团和一个步兵团等众多单位，约有7000人，27日以前统归二十九，军副军长佟麟阁和师长冯治安指挥。
军事训练团是一支充满活力，爱国热情极高的队伍。还是卢沟桥事变后的第二天，即7月8日清晨，副军长佟麟阁、军参谋长张樾亭、副参谋长张克侠和军事训练团教育长张寿龄等人，就在一起议论了卢沟桥发生的事情和预测未来。并命令部队整装备战。南苑爱国官兵听到整装备战命令，便积极行动起来，擦拭枪支，补充弹药，整顿装备，人人心情激愤，跃跃欲试。
南苑战斗一打响，佟麟阁、赵登禹就在各自阵地上指挥作战。日军地面部队搜索围攻消灭抗日军，此时日军的飞机也在这一带轰炸撤退的二十九军，投下了无数罪恶的炸弹，佟麟阁又被敌人飞机投下的炸弹击中头部，倒在了抗击敌寇的战场上。佟藏麟阁壮烈殉国，时年45岁。
随之，前线传来噩耗，赵登禹将军也在南苑抗击日寇的战斗中壮烈牺牲。
宋哲元和佟麟阁、赵登禹都是冯玉祥将军的部属。而宋哲元的二十九军守卫平津抗击日寇的斗争中，佟麟阁和赵登禹则是宋哲元最得力的将军。佟麟阁、赵登禹在抗日前线壮烈殉国，宋哲元得知噩耗，顿足大哭说：“断我左臂矣，此仇不共戴天！”
1937年7月31日，国民政府发布褒扬令，表彰佟、赵的抗日功勋，同时追赠佟麟阁和赵登禹二人为陆军上将。
佟麟阁、赵登禹都是跟随冯玉祥多年的勇将，在南京的冯玉祥将军得知佟、赵二人同时战死北平，更是悲痛不堪。8月1日，他饱蘸深情，挥笔写下了《吊佟赵》诗，以寄哀思：
佟是二十六年的同志，赵是二十三年的兄弟
我们艰苦共尝，我们患难相从。
论学问：
佟入高教团，用过一年功：
赵入教导团，八个月后即回营。
论体格：
同样强壮，但赵比佟更伟雄。
佟善练兵心极细，赵长杀敌夜袭营。
佟极俭朴，而信教甚诚：
赵极孝父，而尤能笃行：
二人是一样的忠，二人是一样的勇。
如今同为抗敌阵亡，使我们何等悲伤！
但我们替他二位想想，又觉得庆幸非常。
食人民脂膏，受国家培养，
必须这样死，方是最好下场。
后死者奋力抗战，都奉你们为榜样，
我们全民族已在怒吼，不怕敌焰如何猖狂
最后胜利必在我方！
最后胜利必在我方！
你们二位在前面等我，
我要不久把你们赶上。
参加南苑战斗的军事训练团官兵也打得很英勇。南苑战斗开始时，日军首先从南面发起陆空联合进攻，首当其冲的正是军事训练团的阵地，军事训练团官兵奋力抵抗从团河方向杀来的日本侵略军，击退敌人数次进攻，第大队副刘锡章壮烈牺牲。经过半天的战斗，军事训练团虽有严重伤亡，但阵地没有丢失一寸，官兵们还保持着旺盛的七气。敌人“从正面摧垮，一举攻占南苑“的企图未能实现。
午后，敌人开始以铁甲车作掩护，向南苑西北角猛攻，以此切断南苑与北平的联系。至此，军事训练团以及未撤退的南苑守军已经是腹背受敌。紧接着，日军又攻占大红门一带，掌握有利地势，完成对南苑的全面包围。这时候，军事训练团听到由邻部递次传出的撤退命令，便分成几路向不同方向突围。在突围中，军事训练团又有很大牺牲。此役结束时，军事训练团仅存官兵700余人，1000多官兵光荣牺牲！这些年轻人，中国人民的后生，为抗击侵略者，不畏强暴，奋勇拼杀，表现了中华民族不可征服的伟大精神。
抗击日寇的南苑战斗中，主力部队撤退之后，第三十八师驻南苑余部没有接到撤退命令，一直坚持战斗。在已经化成一片焦土的阵地上，他们战斗到傍晚8时左右，面对日军越来越小的包围圈，英勇不屈的战士们毫不畏缩，顽强地进行还击，最后，被迫退到一围墙角下，全部壮烈牺牲。
佟麟阁、赵登禹将军及死守南苑的无数爱国官兵，军事训练团的1000多官兵，倒在南苑战场、倒在鲜血浸透的焦土上，其况之悲壮，前所罕见。几天之后，人们在南苑战场上还看见“几百个士兵与马匹的尸体，以及大量的军用物品，堆积在路上“。目击者：“路旁的壕沟及附近的田野中，也堆满了无数的伤兵“，“卡车上也堆满着尸体，在炎热的气候下，这些尸体已在发臭。显然中国军队是被突然攻击，没有时间散开”。这是日本侵略军欠下中国人民的一笔血债！
南苑被日军攻占。中国守军独立第三十九旅积极抵抗，曾迫使进攻北苑的日军转攻黄寺：伪冀东保安队亦举义反正，一度占领通县城。但是，在日军增援反攻下，这些部队都被迫撤退。宋哲元见大势已去，遂派张自忠代理冀察政务委员会委员长兼北平市长。宋哲元自己于7月28日23时偕秦德、冯治安、张维藩等离北平去了保定。第三十七师等部亦奉命于当晚经门头沟开始南撤。何基注旅担任掩护，任务完成后，该旅于30日退往涿县。北平失守。
