早在7月16日，蒋介石曾密电宋哲元，“乘机围攻东交民巷日本大使馆，消灭日军发号施令台，除掉日军在平指挥机关。”宋再三考虑，投鼠忌器，因东交民巷是各国驻平外交使团所在地，怕引起外交麻烦，又惧北平古都毁于一旦。且东交民巷防御工事坚固，日军武器已较精良，战事旷日持久，恐将陷北平于紊乱，终于未行。而决定进攻丰台。
25日拂晓，宋派步兵一个旅，配属炮兵一个营，向丰台发起进攻。
上午，战事极为顺利。至中午，中方已占领丰台大部，顽敌仅据守丰台东南端一隅，誓死抵抗。午后四时，日方忽由天津调来大部援军，参加反攻，以致功败垂成。
26日，又与日军在廊坊车站激战，双方伤亡均重。
28日上午8时，日军步兵在飞机、炮兵支援下，对南苑第29军营房展开进攻，主攻部队第20师团由南苑东南角和西南角展开攻击。集结于丰台的日军驻屯旅团主力同时向南苑进攻，切断南苑守军的北平方向的退路。在日军陆军及航空兵协同攻击下，南苑守军第29军特务旅2个团、第38师114旅2个团及师部特务团、骑兵第9师3个团，以及高炮营、装甲汽车大队等共计约2万人左右完全处于被动挨打的地位，通信设备很快被炸毁，联络中断，指挥失灵，部队各自为战，秩序一片混乱。
至下午1时，南苑战斗结束。第29军副军长伶麟阁在混战中壮烈殉国；第132师师长赵登禹在向北平方向突围时，于大红门附近受敌截击，也英勇牺牲。
当时，南苑军部仅有一些军直属部队、军官团和一些骑兵，仓卒之间，29军副军长兼教导团团长佟麟阁和132师师长赵登禹率2000余人的部队奋起迎战，在敌密集炮火之下，处境极为不利。面对强敌，佟、赵两人决定誓死坚守，他们指挥部队英勇抗击。由晨至午，战斗激烈，双方损失惨重。下午，佟麟阁等奉命率部向大红门转移，中途被日军包围，乃挥师继续与敌人苦战。佟麟阁在指挥右翼部队向日军突击时，被敌机枪射中腿部。部下劝他退下，他执意不肯，说：“情况紧急，抗敌事大，个人安危事小！”佟仍率部激战。敌机又来狂轰滥炸，他头部受重伤，流血过多，英勇殉国。殉国时年仅45岁。
赵登禹师长在激战中右臂中弹，仍继续作战。不久，他腿部等处亦受伤，传令兵要背他下火线，他对传令兵说：“不要管我，北平城内还有我的老母亲，告诉她老人家，忠孝不能两全，她的儿子为国死了，也对得起祖宗！”赵殉国时仅39岁。
佟麟阁、赵登禹为国牺牲的噩耗传往全国，举国哀痛，激发了军民抗日复仇的义愤。南京国民政府发布褒扬令，追赠佟麟阁、赵登禹为陆军上将。他们是抗日战争开始，最早牺牲的高级将领。
当南苑战斗激烈之际，已经进到涿县地区的第132师第1旅和第2旅，在师长赵登禹连发电报催促增援的紧急关头按兵不动，贻误了战机。
当南苑战斗进行之时，第37师一部向丰台日军发动攻击。因丰台日军驻屯旅团主力已到南苑与北平之间担任阻击，丰台只有少数日军守备，因而在第37师的攻击下受到损失。南苑战斗结束后，当日下午3时，驻屯旅团返回丰台，将攻击丰台的第37师部队击退。此时，日军独立混成第11旅团也已攻占了清河镇，驻防该地的冀北保安部队第2旅退至黄寺。日独立混成第1旅团占领沙河。
28日下午2时，宋哲元召开军政首脑会议，讨论部队行动问题。会上决定委派张自忠代理冀察政务委员会委员长、冀察绥靖公署主任兼北平市市长。当日晚，宋哲元率第37师离开北平赴保定。宋到达保定以后，于30日电报蒋介石，提出：“刻患头疼，亟宜休养”，并将第29军军长的职务交冯治安代理。
29日拂晓，日军独立混成第11旅团进攻北苑与黄寺的独立第39旅和冀北保安部队。战至下午6时，黄寺被日军攻占。
30日，在日军操纵下成立了伪政权北平维持会，在北苑的独立第39旅旅长阮玄武投敌，在城内的独立第27旅亦被日军解除武装，张自忠躲进德国医院 北平沦陷。
当日军主力大部集中北平作战时，留在天津的日军除驻海光寺的军司令部及直属5个步兵小队外，还有步兵3个大队、临时航空兵团和兵站各部队，全部兵力约5000人。他们分散守备在天津总站、东站、东局子飞机场和日本租界等处。第29军在天津地区的部队尚有第112旅（驻小站）、独立第26旅（驻马厂一带）。
天津的防务由第38师副师长兼市公安局局长李文田负责。廊坊被日军占领后，平、津间交通已断，天津局势紧张。李文田于28日下午7时召开紧急会议，讨论对日作战问题。参加会议的有师属手枪团团长祁光远、市政府秘书长马彦种、天津市保安队队长宁殿武、天津警备司令刘家弯、第112旅旅长黄维纲和独立第26旅旅长李致远。经过分析讨论，一致认为应立即向天津日军发动攻击。最后李文田决定了攻击战斗部署：以天津保安队1个中队在宁殿武队长指挥下攻取东车站；手枪配属独立第26旅1个营和保安队3中队，在祁光远团长指挥下攻海光寺日本兵营；独立第26旅配属保安队第2中队，由李致远旅指挥攻取天津总站及东局子日军飞机场；天津市武装警察负责交通信联络。攻击时间为29日凌晨1时，总指挥部设在西南哨门。