8、9兩日的戰事，讓日軍吃盡了苦頭。日本華北駐屯軍顏面盡失，戰前河邊正三還曾向田代皖一郎，信誓旦旦的保證在8小時內解決29軍，可是如今兩天都過去了，河邊正三連盧溝橋和宛平城都沒拿下來，這讓河邊正三感到萬分的羞愧。就在他要集合旅團主力，準備拼死一搏的時候，日本軍部最新的命令傳到了天津，他不得不放棄拼死一搏的計劃，趕回天津參加緊急召開的軍事會議。
7月10日上午，日軍華北特務機關長鬆井大佐來到北平29軍指揮部，向29軍副軍長秦德純講起了軟話。鬆井在大談一番兩國友誼之久遠、兩國合作之默契之後，向秦德純表示，此翻盧溝橋引發的衝突純屬誤會，希望兩軍能停止戰爭，共同商討停戰事宜。秦德純身爲軍人，又與日軍在華北周旋多年，深知其秉性狡詐，此時議和，分明就是緩兵之計。但由於29軍幾年來“不應戰”的一貫政策，使其生出些僥倖心理。由於此時軍長宋哲元遠在山東老家，他這個代理軍長自然不願把事情鬧大，日本人主動提出就地協商解決，何樂而不爲。經雙方商定，達成了幾點協議：1、雙方立即停戰；2、雙方各回原防區；3、雙方組織視察團監督雙方撤兵情況。協議達成後，鬆井要求秦德純以保安部隊接管盧溝橋和宛平城的防務。這一要求遭到了秦德純的反對，鬆井雖然一再的堅持，可秦德純就是死活不答應，無奈之下鬆井就氣呼呼的返回了天津。
盧溝橋事件的爆發，震動了國內外。但令華北和中國震動的是，事變爆發時，他們的主帥、29軍軍長宋哲元並不在北平，而是在其山東老家省親休息。7月11日，宋哲元秘密的從老家返回了天津。可是到達天津後的宋哲元並沒有返回北平，而是指派29軍38師師長張自忠與日軍交涉，在宋哲元看來，目前日本還不至於對中國發動全面戰爭，只要表示一些讓步，局部解決爭端還是有可能的。
當天，由秦德純與鬆井久郎簽定的《盧溝橋事件現地協定》，未獲得南京政府的批准。然而，宋哲元卻不顧南京政府的反對，執意宣佈撤消北平的戒嚴，嚴禁中國軍隊與日本軍隊發生摩檫，並下令將日軍俘虜送回豐臺。7月19日，宋哲元返回了北平後，下令拆除北平城的防禦工事，打開關閉數日的城門，謝絕全國各界贈送的捐款。同時，他還命令遠在天津的張自忠繼續與日軍談判。7月20日上午，宋哲元發表公開講話，他既不同意堅決抗日，也不同意全面撤退。他在29軍高級將領會議說道：“既不以退爲守，也不以攻爲守，我們就以守爲守吧。”
會後，29軍132師師長趙登禹對29軍副軍長佟麟閣說道：“副軍長，這以守爲守簡直就是扯淡！這等於是把弟兄的手腳給捆上了，然後幹瞪着眼睛，等着小鬼子打過來啊！”佟麟閣無奈的說道：“你我都是軍人，既然軍長下達了作戰方針，你我就執行命令吧。”趙登禹沉痛的說道：“前幾天，我就對軍長說過，停戰只是日軍的緩兵之計。我們應當主動出擊，趁日軍的援軍還沒到來，一鼓作氣把日本華北駐屯軍趕下大海。可是軍長卻說和平未到絕望之時，就不要輕言放棄和平。可如今日軍從本土和朝鮮分別調來了兩個主力師團，關東軍的第9師團也越過山海關，威逼平津了。如今我軍根本就不佔優勢，這仗可怎麼打啊！”佟麟閣悲憤的說道：“怎麼打！維有以死來報效國家和民族！我佟麟閣對天發誓，將與北平共存亡！”
7月21日，香月清司接替田代皖一郎出任日本華北駐屯軍司令，他剛一上任就向29軍發來了最後通牒，要求29軍於7月25日前撤出平津地區，被宋哲元嚴詞拒絕了。7月25日，日軍調集2個師團的兵力，權利進攻天津門戶廊坊，負責駐守廊坊的29軍官兵死戰不退。經過1天的激戰，廊坊守軍全體壯烈殉國。廊坊陷落後，佟麟閣再也忍不住了，他在南苑對宋哲元說道：“此時應作堅決抗戰之打算，若軍長覺得目前處境不便，請回保定，以安人心。平津責之佟某可也。萬一變議而敵來犯，某決以死赴之，不敢負託！”佟麟閣主動請纓，情真意切，終於打動了宋哲元。他當即下令急調駐防任丘的趙登禹師進駐南苑，支持北平作戰。但此刻爲時已晚，日軍已經完成了戰略包圍，如今的北平已經成了一座孤城了。7月26日，宋哲元帶領29軍軍部撤進了北平城內，將南苑的防務交給了佟麟閣和趙登禹。送走宋哲元等人後，佟麟閣回到指揮部裡，和參謀們開始佈置兵力。
7月28日凌晨，一陣尖厲刺耳的警報聲響起，幾架日軍的飛機突然到來。它們飛到南苑的上空，便開始了大規模的轟炸。伴隨着團團騰空而起的煙火和四處橫飛的瓦礫，軍部及駐軍的營房轉眼間就支離破碎。29軍的官兵們，由於缺少防空武器，根本就沒有辦法對付天上的敵機。一些沒來得急疏散的士兵和戰馬，在敵機的轟炸下叫喊着、悲鳴着。敵機轟炸完畢後，得意洋洋的晃晃機身，飛了回去。29軍的官兵們剛剛鬆了口氣，日軍的重炮又開始了轟鳴。經過20分鐘的猛烈炮擊，29軍的南苑陣地已經是破敗不堪，29軍連日軍的人影還沒見着呢，就已經付出了慘重的代價。
幾分鐘之後，一波波身穿土黃色軍服的日軍，出現在了人們的視野裡，他們在軍官的帶領下叫喊着衝向29軍的陣地。29軍的官兵們抖落身上的灰土，鑽出坍塌的工事，握緊手中的步槍，準備向日軍射擊。當日軍到達200米距離的時候，佟麟閣下達了射擊的命令。當密集的槍聲響起後，前排的日軍紛紛中彈，而後面的日軍立刻就趴在了地上，與29軍官兵展開了對射。50
兩個小時過去了，日軍的進攻仍然在繼續，29軍的官兵傷亡慘重。眼見陣地已是岌岌可危了，佟麟閣只好下令收縮防線，讓部隊撤進了營區裡，依託營區的圍牆來阻擊日軍。佟麟閣抓起電話，打向29軍騎兵師，可是電話響了很久，電話始終無人接聽。佟麟閣覺得事態嚴重了，當下立刻派人前往騎兵師詢問情況。他又將電話達到了趙登禹的師部，一名參謀接起了電話，佟麟閣急迫的說道：“你們師長呢？”那個參謀回答道：“我們師長正在前沿指揮戰鬥。”佟麟閣對那名參謀說道：“告訴你們師長，如果支持不住了，可以向大紅門方向撤退。”佟麟閣放下電話，再次來到地圖前，仔細的研究着撤退的方向。不一會，派去聯絡騎兵師的參謀回來了，佟麟閣焦急的問道：“聯絡上鄭大章的騎兵師了嗎？”參謀回答道：“騎兵師的陣地上連個鬼影都沒有，那些沒骨氣的傢伙早就扔下陣地逃跑了。”佟麟閣聽到這個消息，立刻就意識到情況危險了。如果日軍通過騎兵師的陣地，直接穿插到大紅門去，那麼他和趙登禹就會被日軍包了餃子了。他當即就下達命令，要求全軍向大紅門方向撤退。
佟麟閣率領3000多人的隊伍，藉着公路旁的青紗帳做掩護，開始有序的向大紅門方向行進着。未走出多遠，前方就傳來了激烈的槍聲。轉眼間，這猛烈的槍聲就朝自己這邊蔓延了過來。幾分種之後，幾架敵機飛了過來，佟麟閣意識到部隊中了日軍的埋伏了。這股敵人就是通過騎兵師的陣地穿插過來的，現在已經佔領了大紅門，封死了佟麟閣和趙登禹的後路。佟麟閣把心一橫，對身邊的士兵們喊道：“弟兄們爲國捐軀的時候到了，大家跟着我衝，我們和小鬼子們拼了。”29軍的弟兄們，怒吼着朝日軍陣地衝了過去。這時，一陣密集的彈雨打了過來，佟麟閣及身邊的副官、衛士應聲倒在了血泊裡。幾名29軍的士兵趕了過來，扶起了腿部中彈的佟麟閣。佟麟閣咬着牙說道：“別管我，趕緊往前衝。”這時，又是一批敵機飛了過來，扔下一簇簇密集的炸彈，佟麟閣被沖天的煙塵吞沒了，從此就再也沒站起來。
同日傍晚，29軍132師的師長趙登禹也在撤退的路上，遭到了日軍的伏擊，他不顧衛士的阻攔，親自率領大刀隊向日軍發起了衝鋒。在日軍的密集火力下，大刀隊損失慘重，身負重傷的趙登禹被擡了下來。他在臨終前，流着眼淚對傳令兵說道：“不要管我！戰死沙場是軍人的榮譽，沒有什麼值得悲傷的。只是北平城裡還有我的老母，你回去告訴他老人家，自古忠孝不能兩全，她的兒子爲國盡忠了，對得國家，對得起民族，對......”話到這裡人就不行了，士兵們硬是擡着趙登禹的屍體，強行突破日軍的包圍，把趙登禹的屍體擡回了北平城。