南苑的半日鏖战，周围的老百姓有所耳闻，又见中国军队北撤，连忙从四乡赶来，带着馒头、窝头、西瓜、酸梅汤……路旁摆满了各种食物，其中有些可能是刚从菩萨供桌上拿来的。
日军的飞机又过来了，擦着头顶飞过。第一架对准路上的中国军队狂射机枪，从第二架开始，投下密集的炸弹。低空飞行的日本空军把地面目标看得一清二楚，用手一个接一个向下扔小炸弹。佟鳞阁骑马来到一个土砖窑上，副官一再请求他下马隐蔽，他只好跳下坐骑站在马的身边，对混乱的部队发布命令：“所有的步枪朝天射击”中国军队用步枪射击日军飞机，从马占山抗战到长城抗战，一直沿用下来。
日军的飞机似乎发现了中国军队的指挥部，开始对佟麟阁所在的土砖窑扫射轰炸。一排机枪子弹射来，打在砖窑上，窑灰和泥土飞溅，尘埃落下后，佟麟阁身旁的马已倒下，他大腿上中了一弹，血流如注。副官要求他躺下，给他包扎，他执意不肯。部下无奈，只好让他站立着给他包扎。
日军飞机又盘旋而来，扔下炸弹，土砖窑被硝烟包围。日机拔高，再次盘旋轰炸。日军的火炮也开始轰击。看来，日军步兵准备拦腰截断撤退的中国军队了。佟麟阁马上叫卫队传令：后面的部队组织编队，掩护前面的队伍撤退。炮声过后，后面响起枪声，一阵紧过一阵，但感觉不到日军的战线向前推移。佟麟阁估计日军追兵战斗力并不很强。他估计得不错，日军在南苑战斗中受到重创，中国军队窝了一肚子火正没处撒，对着追兵拼命射击。中国军队又牺牲不少，也让日军付出了代价。
经过佟麟阁指挥疏导，溃散的部队陆续编成了队伍，慢慢向大红门和永定门方向开去。下午两点钟左右，退兵已经稀少，只等掩护部队撤来，就可以一起北撤了。突然，大红门城楼上出现了日军，架起机枪向佟麟阁的部队扫射。
佟麟阁估计这可能是驻丰台的河边旅团。他看到掩护部队跟了上来，决定集中火力猛攻大红门，占领制高点。他将现有的部队检查一遍，只留下少数卫队，派出包括副官、参谋在内的所有人员加入战斗。部队冲上去激战，打开一个豁口，占领了大红门。日军机枪又开始扫射，佟麟阁的几名卫士中弹阵亡，他的头部也中一弹。
赵登禹坐车来到永定门外大约两三公里的地方，突然遭到日军阻击，汽车司机立刻掉头南行，才躲过一劫。车上除了赵登禹，只有参谋副官和卫兵各一人，无法打掉日军的机枪，只好原路退回，再想办法。等到撤退的官兵陆续到来，才一起前进到遭遇日军的地方，与日军交战。他们发现，在这里阻击的不只是一两挺机枪，而是丰台日军的一部分。中国军队满腔怒火，狠命冲杀，杀开一条血路，日军兵力不足，仓皇退走。
赵登禹见南苑的部队溃退下来，觉得愧对官兵。他叫郑大章先进城汇报，自己留在原地疏导部队。不一会，日军飞机过来轰炸，汽车目标太大，赵登禹连忙下车，刚走出十几步，一颗炸弹落在车身正中间，汽车被炸得粉碎。
下午两点钟左右，部队渐渐过完，忽听得大红门附近枪声骤起，赵登禹知道这肯定是丰台日军前来截击。他留下所有的官兵，自己赶回大红门去营救佟麟阁。赶到大红门截击的日军陆续增加，佟麟阁阵亡，撤退的中国军队从凌晨两点战到现在，已经精疲力竭，武器残缺，反复冲杀都难奏效。他们坚持战斗到下午4点，子弹全部打完，部队全部战死。赵登禹，这个山东农民的儿子，身中数弹而亡，以三十九岁的生命殉国。如今，北京有一条以他的名字命名的街道。
他的上司佟麟阁是河北人，殉国时正值四十五岁的壮年。
佟麟阁和赵登禹是抗日战争开始后最早牺牲的高级将领。他们阵亡几天后，国民政府就发布褒恤令，追赠他们为陆军上将，生平事迹宣付史馆。
守军从南苑撤退后，日军川岸师团与河边旅团合击卢沟桥，扼住了北平的咽喉。接着，日军向驻守北苑的独立第三十九旅猛攻，从南、东、北三面抵达北平的城门。占领了沙河的日军独立混成第一旅团和占领了北苑与清河的日军独立混成第十一旅团，开始进攻驻守西苑的冯治安师主力部队，同时，占领了卢沟桥的日军川岸师团与河边旅团，配合上述日军部队的进攻。
宋哲元见大势已去，便让张自忠代替他的职务，自己在28日夜间11点离开北平，前往保定。冯治安师等部队，奉命在当晚经门头沟开始南撤。担任掩护的何基沣旅，也在30日退往涿县。于是，北平沦陷。