第二天拂晓，南苑兵营的官兵们还在酣睡，东边的天空中传来低微的嗡嗡声，越来越响，越来越近。两架日军飞机直线飞来，绕了两圈，又朝来的方向飞了回去。
不久，五架日军轰炸机飞来，投弹的目标，竟是学生兵的阵地。日军大炮也向这边轰击，密集的炮弹落在学生兵阵地上。佟麟阁回到指挥部，铁皮屋子在爆炸声中不停抖动，学生兵阵地那边的轰隆巨响不绝于耳，其他阵地却没有受到打击。日军知道学生兵阵地战斗力最薄弱，这都是隐藏在指挥高层的汉奸潘毓桂向日军递送情报的结果。宋哲元军官兵的伤亡，都和他的卖国行为直接关联，内贼其实是最可怕的。
日军的飞机大炮把学生兵阵地炸得残破不全，坦克和步兵推进到高粱地前，距阵地不足两百米。学生兵队长大呼：“射击”学生兵马上爬到战壕前沿举枪齐射，密集的枪弹射倒一片日本兵。日军向来看不起中国军队，又明知对手只是一些中学生，冲锋时更加大胆放肆。这一阵密集的枪弹，顿时打掉了他们的气焰。日军纷纷躲到坦克后面，小心翼翼地向前推进。不料学生兵的射击越来越猛，日军便开始撤退。
日军想找软柿子捏，却碰了个硬钉子。
丰台那边的日军河边旅团，在川岸师团向南苑进攻的同时，开始向南苑西北方向的守军进攻。冯治安立即派何基沣旅向丰台进攻。丰台的日军腹背受敌，惟恐中国军队掏他的老巢，连忙撤兵回顾，攻击力渐渐减弱，战局暂时僵持。
赵登禹知道南苑吃紧，调第一旅和第二旅增援。他自己右臂和腿部相继中弹，传令兵要背他走，他说：“不要管我 北平城里还有我的老母，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”
日军川岸师团投入了约三千兵力，河边旅团的步兵在两千人左右，他们有飞机和炮兵支援，火力远强于守军。守军虽然有兵营作依托，但编制混乱，火力只有轻武器。
川岸师团再次攻击学生兵阵地。大炮飞机轰击之后，步兵在坦克掩护下出现在学生兵阵地前。炮火刚停，学生兵从战友的尸体下爬起来，身上淌着血，趴到壕边向日军射击。这时，背后食堂房顶上竟然响起了歪把子机枪的吼声，一排排子弹把学生兵压了下去。原来，日军飞机在轰炸时还空投了十几名伞兵，他们抱着机枪降落在食堂附近。食堂里，几名炊事兵在蒸馒头，第一笼已经下屉，一名新兵用木棍蘸着红墨水在馒头上写下“不忘国耻”和“小日本”，日军端着机枪冲进来，新兵抄起菜刀准备一拼，被机枪射杀，浑身血肉模糊，其余炊事兵也中弹牺牲。日军爬到食堂顶上，从制高点向阵地射击。
学生兵阵地的火力被食堂顶上的机枪压制下来，阵地前方的日本兵冲近了。学生兵咔喳咔喳上刺刀，端着枪冲出堑壕，和日本兵格斗，只听得战壕前刺刀咔咔脆响，刀锋入体嚓嚓有声。两军拼杀，扭打撞击。片刻，活着的人在死伤者身上踩来踩去，眼睛瞪着对方的刺刀尖。
学生兵到这时明显地暴露出弱点，他们训练不够，缺乏临战经验，而关东军是拿中国人当活靶子练过兵的，杀人是他们的拿手活。眼见得学生兵一片片倒下，厮杀线渐渐向战壕这边后移，学生兵的退路上，鲜血覆盖了土壤。学生兵预备队得到命令，冲出掩体，端着刺刀冲了上来。日军经过鏖战，体力消耗很大，学生兵有援军到来，实力大增，日军渐渐后退，一些日本兵仓皇逃跑。日军吹号收兵，那些端着刺刀的日本兵退后三步，收起枪刺，深深鞠躬，向顽强的敌手致敬。
这时，宋哲元军部发出撤退命令。士兵们纷纷跃出阵地后撤，无人掩护，无人指挥，秩序大乱。日军控制着大操场中间的演武厅和食堂，机枪子弹不断扫来。学生兵慌张向北逃跑，防御全线崩溃。
日军知道守军已经撤退，却按兵不动。川岸师团从潘毓桂那里得到了宋哲元军下令撤出南苑的情报，认为现在不值得出动重兵去占领一座兵营，目前最重要的是派部队截击撤退的中国军队，消灭宋哲元军的有生力量。
南苑守军中，四分之一的官兵不愿撤退，躲进掩体准备抵抗。日军派出一支部队，小心翼翼地进入南苑兵营。日军知道暗处隐藏着中国官兵，不敢搜索，只是与正面抵抗的守军枪战。守军寡不敌众，渐渐撤退，下午3点左右，只剩下三十人撤到东寨墙边。日军将他们围住，三十名官兵端着刺刀靠在寨墙上，日本兵不敢上前，用步枪机枪齐射，三十个中国勇士陆续倒下，他们的血，在东寨墙上印下红色的人形。若干天后，有人趁夜将壮士们的遗体偷偷掩埋，但墓葬不知在哪里。三十个英魂没有留下姓名，关于他们的传说到处传播，每到初一和十五，都有人来这里烧香上供。
宋哲元下令撤退，部队放弃阵地，向北平蜂拥而去。南苑到北平的土沙路，最宽处不过五六米，路两旁都是高过人头的青纱帐。撤退的官兵涌过来，马上把路堵塞。后面的官兵一批批涌到，大家挤成一团。日军飞机把炸弹投向拥挤在路上的中国官兵，加上机枪扫射，中国官兵死伤惨重。
那时候，中国军队没有对空作战的武器，只能钻进路旁的青纱帐躲避。那些天连降大雨，南苑地势低，地里不是水洼就是稀泥，前面的人钻进去，不是滑倒就是被后来的人推翻。前面的人倒下了，后面的人向前拥，若被日军机枪射中，一枪就打死几个人。