7月9日，中国外交部次长陈介再度赴日本驻华大使馆，向一名参事重申口头抗议，陈介正告曰：“根据我方所接获的报告，卢沟桥事件其责并不在我，显系日军挑衅，特严重抗议，并且声明保留一切合法要求。中日关系已臻重要关头，不容再趋恶化，贵方应立电华北驻屯军，速即制止一切军事行动，并与冀察当局速据正确事实，力谋和平解决，藉免事态扩大！”日方参事虚与委蛇，强调日方并无意使事件扩大，并答允立即通知华北驻屯军，制止军事行动。
国民政府加紧了外交交涉的力度。7月9日下午3时，外交部长王宠惠由上海飞抵南京。翌日，王宠惠向日本大使馆发出了口气比较强硬的书面抗议，要求日军立即撤回原防。11日，外交部发言人举行记者招待会，揭露事件真相，斥责日本侵略。
日本既然已经不惜开战，自然对于中国外交方面的抗议不会在意。日本方面不但置之不理，反而发表反声明，指称中国方面“非法炮击及排日侮日”，要求中国政府道歉和“迅速反省”。11日，日本驻南京大使馆奉东京训令向中国政府提出，卢沟桥事变系“地方事件”，日方直接与华北地方当局交涉，不希望中国政府过问，企图排斥中国政府对事变的处置权。
卢沟桥系中国领土，与日本的交涉属于外交事件，怎能交由地方政府办理？针对日方“现地解决”的阴谋，中国外交部发表声明：“此次议定或将来待成立之任何谅解或协定，须经中国政府核准方为有效。”同日，外交部派遣杨开甲、孙丹林为特派员，前往北平，协助冀察当局对日交涉。其后，外交部又多次与日本方面交涉，但均未取得任何结果。一系列外交交涉行动，均以失败而告终。
蒋介石的妥协愿望只是一厢情愿。当时日本的近卫内阁不仅完全赞同配合日本军阀行动，而且发表比军部更强硬的论调。据重光葵的回忆称：“近卫内阁鉴于九一八事变，政府被军部拖着走，成了关东军的尾巴。所以这次赶在军部前面，竟发表比军部更强硬的论调的这种情况，完全出乎蒋介石的意料。蒋介石企求和平苟安的打算因此处处碰壁。”
公开的外交途径不能奏效，蒋介石便借助秘密的谋和渠道。这就是与在华日本纺织同业会理事长、曾任上海总领事的船津辰一郎的秘密和谈。船津受日本首相近卫文的委托，于8月7日抵达上海，准备和南京政府外交部亚洲司司长高宗武进行秘密和谈。
船津此行，虽是私人身份，但其所携条件都经过官方讨论，主要是扩大华北非武装地带，取缔排日，降低对日关税，承认伪满和共同防共等。日本驻华大使川越闻讯也主动前来参与其事。8月9日晚，双方举行第一次会谈。但正好这天日军在上海又挑起事端，发生所谓“虹桥事件”。8月13日，上海抗战爆发。秘密和谈遂告中断。
从七七事变到八一三上海抗战这一段时间内，蒋介石一度犹豫不定，对和平抱有很大希望，结果军事上坐失良机，致使日本得以从容调遣军队，在轻易占领华北后，于8月13日挑起上海战火，迫使中国军队在不利的条件下仓促应战。
关键时刻苏联伸出了援助之手
是日，国民政府立法院长孙科和外交部长王宠惠奉蒋介石之命，紧急到上海会晤苏联驻华大使鲍格莫罗夫，商谈中苏共同预防外患问题。
苏联是世界大国中惟一与中国和日本领土相邻的国家。在苏联看来，如果中国被日本打败，那么日本将挥兵北上，对它构成重大威胁。因此，尽管中苏两国在意识形态上有着巨大分歧，但在对付具有强烈扩张性的日本这一问题上，中苏有着共同的利益。基于对苏联战略利益的判断，联苏制日成为国民政府的一个重要战略。早在战争爆发前的1935年，中苏之间就已经开始了订立有关条约的商讨，但未能形成共同意见。1937年春，苏联方面重新提出订立太平洋地区公约的主张，并建议立即开始苏中互不侵犯条约的谈判。4月，苏联驻华大使鲍格莫洛夫通知中国政府，如果中国愿意签订中苏互不侵犯条约，可以向中国出售飞机和坦克，并提供1亿中国元的贷款。
蒋介石既想得到苏联的援助，又害怕苏联借机引来“赤化”，使中共如虎添翼。因此蒋介石在同苏联的交往中心存疑虑。在蒋介石看来，“倭祸亟而易防，俄患隐而叵测”。所以蒋介石对苏联人的动机抱有疑虑，对苏联的提议未作积极响应。
卢沟桥事变后，苏共机关报《真理报》对日本表示了激烈的责难，苏联政府也表示愿意援助中国人民抗日。
卢沟桥事件发生后，蒋介石立即通知立法院院长孙科和外交部长王宠惠到庐山。蒋介石对他们说，如果事态扩大，可能会演变成一场全面战争。在这场全面战争中，最关键的因素是与苏联达成协议，由苏联供应军事装备并缔结一个中苏互助条约。
7月8日，孙科与王宠惠立即下庐山赶赴上海，与苏联驻华大使鲍格莫洛夫就此事进行商谈。在会谈中，孙科婉转地批评了蒋介石的对苏政策，说蒋以往在同苏联的关系上过于谨慎，但他本人和冯玉祥是想中苏关系积极化的。鲍格莫洛夫说：“如果苏中关系发展太慢，这不是苏联方面的过错。”
然而，苏联和斯大林此时却不愿与中国讨论互助条约。鲍格莫洛夫坦率地说，如果现在苏联与中国签订这样的互助条约，即意味着苏联必须参战，日本就很可能进攻苏联。鲍格莫洛夫提议中苏签订一个互不侵犯条约，但中国政府对缔结互不侵犯条约不感兴趣。
鲍格莫洛夫还建议以中国政府名义邀请太平洋各关系国开一国际会议，商定集体互助协定。苏联方面允许于接到邀请后，即正式通知愿意参加，如有第三国之一国赞成，即可进行。
鲍格莫洛夫建议中苏立即开始互不侵犯条约的谈判，但当时南京政府外交政策的基点依然放在英美身上，对抵抗也未下最后决心，因而对与苏联签订互不侵犯条约不感兴趣。王宠惠在送呈蒋介石的意见书中说，对苏联的建议“不宜轻于拒绝，亦不宜仓促赞成”，看形势的进一步变化而决定下一步对策。
外交部长王宠惠，是法学博士出身的着名外交家。王宠惠（1881～1958），广东东莞人，生于香港，字亮畴。1900年毕业于北洋大学。1905年获美国耶鲁大学法学博士学位。1911年加入同盟会。后任南京临时政府外交总长，北洋政府司法总长、大理院院长。1927年后任国民党政府司法部长、司法院长、外交部长、国防最高委员会秘书长、代理行政院长。曾任海牙常设国际法庭正法官多年，1945年出席联合国成立大会，参与制定联合国宪章。1949年去香港，后任台湾当局“司法院”院长。
但是随着日本拒绝中日直接交涉和英美的调解，淞沪抗战的开始，和平解决幻想的逐一破灭，南京政府遂加快了与苏联谈判的步伐。在此期间，蒋介石亲自与鲍格莫洛夫就缔约问题举行会谈。蒋介石说：“在不损害中国主权的条件之下，我在原则上同意与贵国立即缔结互不侵犯条约。不过我想，是否有可能在互不侵犯条约之前签订军火供应协定？当然我是说，履行供应可以在条约签订之后。”鲍格莫洛夫答道：“如没有互不侵犯条约，签订军火供应协定就没有任何意义，至少两个文件要同时签订。”——蒋介石不同意：“这将使我处于非常难堪的处境。因为在这种情况之下，条约将明显地作为军火供应协定的报偿。” 鲍格罗莫夫仍然坚持互不侵犯条约在先，军火供应协定在后。蒋介石无奈，只好答应。
双方互相递交了条约草案。同时，鲍格莫洛夫向斯大林报告了有关向中国提供军火的问题。很快，苏联政府回电，强调在签订条约的有效期内，南京政府不能同任何一个国家签订反共条约，因为这种协定实质上带有反苏性质。王宠惠表示同意。
8月21日，王宠惠和鲍格莫洛夫分别代表中苏两国政府在南京签署了《中苏互不侵犯条约》。除了文本之外，中苏双方还附有一口头约定：“在条约有效期间，苏联承诺他不得与日本订立互不侵犯条约，中国承诺不与第三国订立反共协定。”
客观地看，《中苏互不侵犯条约》的签订在很大程度上推动了中国抗日战争的进程，加强了中苏两国在战时情况下的军事与经济合作，但该条约并未能帮助中国真正解决抗日战争的根本问题，即打败日本的侵略，同时也没有为两国间存在的各种问题达成谅解。苏联尽管以该条约为法律基础，向中国提供了比以往更多的经济贷款和军事物资援助，但此间的中苏关系是极其动荡的。
中国外交部对此发表谈话时留有余地：“中国今日虽受外来极度之侵凌，不能不以武力抵抗武力。然酷爱和平为我国人之特性。今日以武力侵凌我者，苟能幡然觉悟，变更其国策，则我国人亦深愿与之签订不侵犯条约，共维东亚之安全，而谋人类之幸福……”
日本人密切关注着中苏签约过程。日本对于中苏接近极度警觉，利用情报网打探苏联对中国援助的实情。据日本间谍机构的情报，截止9月4日，由苏联经库伦运送中国战斗机332架，轰炸机54架，侦察机20架，以及多数战车、大炮、弹药。此外，日本唯恐因中苏接近而强化了共产国际对中国的影响力，对此十分警戒。
《中苏互不侵犯条约》签订之后，国民政府立即派遣以军委会参谋次长杨杰为首的军事代表团前往苏联接洽援助事宜。杨杰受到斯大林和伏罗希洛夫的热情接待。苏方并向杨杰表示：“敝国既非贩卖军火国家，亦无后备军火可供出售，……而贵国现需甚急，故拟由敝国军队现行装备之兵器抽调若干，转让与贵国。”据杨杰声称，当他抵达莫斯科向苏联陈述中国的需求谈判时，价格从未提及，但却远比英美商业公司的价钱更便宜。由此可见抗日战争一开始，苏联在援华方面还是比较诚恳的。
在双方军事代表的交涉之下，杨杰向蒋介石报告中方一开始所取得重轰炸机62架及驱逐机163架，坦克82辆，四五公厘口径防坦克炮200门及高射炮一营的军火，武器估值已达一亿元，超过了苏联口头所允诺的借款额度。
从1938年3月至1939年，接连签订了三个贷款协定，总计2.5亿美元，中国以茶叶、锑、锡、锌、钨、丝绸等物资偿还。据统计，从1937年10月起至1938年底，苏联援助中国的飞机到达兰州者共有471架。但在另外一方面，从抗战开始到1938年4月止，孔祥熙及中央信托局向欧美订购的飞机共有363架，但运到装妥者只有72架，待装者13架，其余的皆未运到。这的确是一个强烈的对比。至于其他武器，中国在战争开始的前18个月，苏联由香港等地向中国输入的军火就已达到6万吨。这些军火包含坦克和大炮，在1938年3月台儿庄战役中扮演了重要的角色。
蒋介石不仅需要苏联的军事援助，而且积极争取苏联出兵。1937年9月30日，蒋介石召见苏联驻华大使鲍格莫洛夫，强烈要求苏联立即采取行动遏制日本。但是苏联出于自己利益的考虑，没有同意参加对日作战。蒋介石终于明白苏联实际上是不可能出兵的，从此不再提出兵之事。
争取苏联出兵的努力未获成功，但中国还是获得了苏联局部的暗中的军事支持。早在1937年8月27日，中方就已提出希望苏联政府允许其飞行员以志愿身份加入中国军队的要求。淞沪战役后，中国空军几乎丧失作战能力。在中国急需获得空军作战人员之时，苏联果断地派遣空军志愿人员参战。1937年11月，第一批苏联空军人员到达兰州。12月1日，苏联飞行员驾驶着23架战斗机和20架轰炸机抵达南京，并立即投入战斗。整个抗战期间，苏联先后共派遣了2000名空军志愿队员来华作战。他们为中国的抗日事业作出了重大贡献，有200多名官兵为之献出了生命。