別包圍在城內外。敵軍頓時陷入一片混亂之中，損失慘重，指揮官櫻井德太郎負傷而逃。當日，香月清司向宋哲元發出最後通牒，限29軍千27日正午以前將盧溝橋和八寶山附近第37師撤至長辛店，並把北平城內的第37師所部全部撒出城外，然後陸續退往保定，“如果不實行，則認為貴軍未具誠意，而不得不採取獨自行動以謀應付。”香月此時是欺負宋哲元過了頭，仍以為宋哲元一嚇唬就會往回縮，因而提出了這個荒唐可笑的要求。當時，按照日軍要求，簡直是要中國軍隊拱手讓出北平。宋哲元當然不會再吃這一套。
香月左等右等不見中國軍答覆，料知訛詐再難奏效，遂不待中方答覆，便於7月27日凌晨3時向通縣發動總攻。雙方激戰至午，中國軍隊力戰不支，開始突圍撤退。同日晨5時，日軍又何團河圍攻，並出動飛機18架配合作戰，中國守軍傷亡逾千人。蔣介石在南京得知華北大規模的戰事後，當日電令宋部，“應固守北平、保定，宛平各城為基礎，切勿使之疏失，保定防務應有確實部隊負責固守。”宋哲元當日召集軍政要員會議，會後通電全國，決心誓死守土。同時又通令29軍各部奮勇抵抗，指示北上的第40軍向靜海、獨流鎮集結，策應天津，第26路軍進駐長辛店、良鄉，以支援北平。
宋哲元喪失了最寶貴的時間，日軍絕不允許第29軍有喘息的機會。28日黎明，日軍對北平近郊發動總攻，以第20師團為主力，配以重炮40門，向南苑大舉進犯，另以混成第4旅團所部切斷了南苑到北平間的公路聯絡，其獨立混成第1、第11旅團，從北平北側攻擊北苑和西苑。日軍出動飛機40架對中國守軍的工事輪番轟炸，守軍倉促修築的工事、掩體很快便被火海煙塵吞沒。
戰鬥進行得異常緊張、慘烈。
29軍在敵重兵圍攻下倉促應戰，，不久便顯露出敗落跡象。全軍很快被日軍切成數段，分割包圍。加之防禦工事簡陋。尤其是南苑方面，僅以營防周圍障礙物作為掩體，在敵人優勢炮人和飛機的狂轟濫炸之下，守軍官兵們被炸得血肉橫飛，慘不忍睹。情況極其險惡。不久，噩耗接踵而來，南苑失守，29軍副軍長佟麟閣壯烈殉國，第132師師長趙登禹在撤向北平時，受到日軍襲擊，中彈身亡。尤其令人痛心的是，南苑軍訓團當時有很多大學生正在受訓，他們揹負著民族的重任，作為國家的棟樑，卻過早地倒在了戰場上。從這以後，國民政府改變了大學生前方受訓的策略。
抗戰畢竟是長久的，民族的精英絕不該過早地消逝在戰場上。
昌平、高麗營的日軍在飛機的配合支援下，分向沙河、小湯山、北苑一帶猛撲。29軍所部在戰事失利的情況下仍浴血奮戰，節節抵抗，臨近傍晚向北城圈退卻。為扭轉被動局面，武清方面的中國軍隊進行反擊，向廊坊展開攻勢，切斷敵人後路，威脅其側背，但很快被敵軍回援部隊擊退，於當晚向安次撤退，同時豐臺亦得而復失。入夜以後，戰況更加不利，北平南、北郊的日軍俱已迫近城垣。宋哲元見頹勢無法挽回，乃命令北平郊外作戰部隊向永定河右岸退卻。
28日下午3時，宋哲元在北平主持召開了重要軍事會議。短短几天時間，29軍全線戰敗不說，高階將領中就有兩人殉國，這使得會場氣氛有些壓抑和沮喪。不管怎麼說，29軍是平津地區唯一的一支中國軍隊，但種種原因卻使他們在短短的幾天裡就敗下陣來，作為軍人，他們心中有愧。想想城裡城外前奔後跑，為29軍將士鼓勵打氣、送吃送喝的北平市民，聽著日益逼近的隆隆的槍炮聲，赴會諸將個個鼻孔發酸，欲哭無淚。
宋哲元心情更是沉重。和談解決的美夢被擊碎了，華北已無他立足之地。如果他早做準備，即使最終仍守不住平津，但只要在戰場上建功，他就是國民心自中的英雄，蔣介石也絕不敢在全國人民的擁戴聲中處理他，可今日倒好，戰和不定已先敗三分，戰場上痛吃敗仗更令他無顏面對中國父老。此時他將退向何方？天下之大哪有他立足存身之處？想想平津混亂的戰局和散亂著潰向保定的29軍，他一時痛悔交加，良久無語。
宋哲元的得力師長張自忠見狀，自然明白老軍長心中的苦澀。
他略一沉思開了口：“委員長，事已至此還是急謀良策為妥，退往保定的部隊不能無人收攏啊。”
“見宋哲元抬起頭，他進一步補充道：”平津殘局自要有人收拾，只要委員長動一動，我想與日本人的交涉多少還是有些餘地的。“
張自忠在替宋哲元找尋後路。宋哲元進退維谷之際，樂得有人出來替