香月左等右等不见中国军答复，料知讹诈再难奏效，遂不待中方答复，便于7月27日凌晨3时向通县发动总攻。
双方激战至午，中国军队力战不支，开始突围撤退。
同日晨5时，日军又向团河围攻，并出动飞机18架配合作战，中国守军伤亡逾千人。
蒋介石在南京得知华北大规模的战事后，当日电令宋部，“应固守北平、保定，宛平各城为基础，切勿使之疏失，保定防务应有确实部队负责固守。”
宋哲元当日召集军政要员会议，会后通电全国，决心誓死守土。
同时又通令29军各部奋勇抵抗，指示北上的第40军向静海、独流镇集结，策应天津，第26路军进驻长辛店、良乡，以支援北平。
宋哲元丧失了最宝贵的时间，日军绝不允许第29军有喘息的机会。
28日黎明，日军对北平近郊发动总攻，以第20师团为主力，配以重炮40门，向南苑大举进犯，另以混成第4旅团所部切断了南苑到北平间的公路联系，其独立混成第1、第11旅团，从北平北侧攻击北苑和西苑。日军出动飞机40架对中国守军的工事轮番轰炸，守军仓促修筑的工事、掩体很快便被火海烟尘吞没。战斗进行得异常紧张、惨烈。
29军在敌重兵围攻下仓促应战，，不久便显露出败落迹象。
全军很快被日军切成数段，分割包围。加之防御工事简陋。
尤其是南苑方面，仅以营防周围障碍物作为掩体，在敌人优势炮人和飞机的狂轰滥炸之下，守军官兵们被炸得血r横飞，惨不忍睹。情况极其险恶。
不久，噩耗接踵而来，南苑失守，29军副军长佟麟阁壮烈殉国，第132师师长赵登禹在撤向北平时，受到日军袭击，中弹身亡。
尤其令人痛心的是，南苑军训团当时有很多大学生正在受训，他们背负着民族的重任，作为国家的栋梁，却过早地倒在了战场上。从这以后，国民政府改变了大学生前方受训的策略。抗战毕竟是长久的，民族的精英绝不该过早地消逝在战场上。
昌平、高丽营的日军在飞机的配合支援下，分向沙河、小汤山、北苑一带猛扑。29军所部在战事失利的情况下仍浴血奋战，节节抵抗，临近傍晚向北城圈退却。为扭转被动局面，武清方面的中国军队进行反击，向廊坊展开攻势，切断敌人后路，威胁其侧背，但很快被敌军回援部队击退，于当晚向安次撤退，同时丰台亦得而复失。入夜以后，战况更加不利，北平南、北郊的日军俱已迫近城垣。宋哲元见颓势无法挽回，乃命令北平郊外作战部队向永定河右岸退却。
28日下午3时，宋哲元在北平主持召开了重要军事会议。短短几天时间，29军全线战败不说，高级将领中就有两人殉国，这使得会场气氛有些压抑和沮丧。不管怎么说，29军是平津地区唯一的一支中国军队，但种种原因却使他们在短短的几天里就败下阵来，作为军人，他们心中有愧。
想想城里城外前奔后跑，为29军将士鼓励打气、送吃送喝的北平市民，听着日益近的隆隆的枪炮声，赴会诸将个个鼻孔发酸，欲哭无泪。
宋哲元心情更是沉重。和谈解决的美梦被击碎了，华北已无他立足之地。如果他早做准备，即使最终仍守不住平津，但只要在战场上建功，他就是国民心自中的英雄，蒋介石也绝不敢在全国人民的拥戴声中处理他，可今日倒好，战和不定已先败三分，战场上痛吃败仗更令他无颜面对中国父老。此时他将退向何方？天下之大哪有他立足存身之处？想想平津混乱的战局和散乱着溃向保定的29军，他一时痛悔交加，良久无语。
宋哲元的得力师长张自忠见状，自然明白老军长心中的苦涩。
他略一沉思开了口：“委员长，事已至此还是急谋良策为妥，退往保定的部队不能无人收拢啊。”
见宋哲元抬起头，他进一步补充道：“平津残局自要有人收拾，只要委员长动一动，我想与日本人的交涉多少还是有些余地的。”
张自忠在替宋哲元找寻后路。
宋哲元进退维谷之际，乐得有人出来替他挡一下。
会议当场决定，由宋哲元率29军驻留人员撤往保定，善后事由张自忠全权处理。当晚11时，宋哲元偕北平市市长秦德纯等离平赴保定。临行前，宋哲元发布命令，任命第38师师长张自忠代理冀察政务委员会委员长兼北平市市长之职，收拾残局。
与北平相比，天津的战火丝毫不弱。所不同的是，天津守军毅然行动，使日本人尝到些中国军的厉害。当北平激战之际，曾传出中国军队收复廊坊、丰台的消息，因而军心、士气一时大振。驻守天津的第29军38师一部，在副师长李文田的率领下借同天津保安警察部队，于29日向日本驻津各机关及租界发动进攻。李文田与副指挥刘家鸾、天津市府秘书长马彦仲联名通电：“誓与津市共存亡，喋血抗战，义无反顾。”中国军队一度攻占了北仓飞机场及日军驻守的车站，近日租界中的海光寺营房，杀伤日军上百。香月见势不妙，抽出部分