这只是日军的缓兵之计，而当时中国方面却信以为真，准备履行诺言，就在中国军队履约撤退的同时，日军却在积极部署，中国政府至7月10日才正式向日本政府提出抗议。
此时，蒋介石正在庐山举办军官训练团。7月8日，蒋介石收到秦德纯的报告，曾记有如下日记；“倭寇在卢沟桥挑衅矣，彼将乘我准备未完之时，使我屈服乎？或故于宋哲元为难，使华北独立乎？倭已挑战决心应战，此其时乎？”从中不难看出，蒋介石一方面已着手准备对待日军的侵略，但战备未俱，心中胜算不足，另一方面仍未下定抗战决心。
接到卢沟桥事变报告之后，蒋介石电令正在山东乐陵省亲的宋哲元，速回保定指挥华北局势，并告之：“宛平城应因守易退，并需全体动员，以备事态扩大。”7月9日致电正在重庆主持川康整军会议的军政部长何应钦，要他“即刻飞京”，立即着手编组部队，筹划全面抗战事宜，同时派二十六路军孙仲连部、高桂滋四十军庞炳勋部向石家庄集中，策应二十九军对日布防；命令二十一、二十五各师，亦动员起来，听候调用。此外，蒋介石从洛阳等地调动高射火炮部队和弹药，支援保定第二十九军。7月10日，蒋介石又采取相应的紧急措施：
电令宋哲元“从速构筑预定之国防线工事，星夜赶筑，如限完成。”要求山东省主席韩复榘，对“鲁东国防工事，应星夜赶筑，积极准备。”指示何应钦“即速汇拨50万元”，作为冀察国防工事经费；
编组战斗部队：第一线为100个作战师，预备部队80个师。打算在7月底秘密组建好大本营和各集团军、军团、军司令部，大元帅蒋介石，参谋总长程潜，副参谋总长白崇禧。先后划分为5个战区，直至8月20日，始编组就绪。
将6个月用量的弹药屯置长江以北三分之二，长江以南三分之一，兵工厂如被摧毁准备经香港、越南从法国和地利时洽购军火。
准备兵员100万人，军马10万头和6个月的粮秣。
然而就在此时，主持华北事务的秦德纯却答应了日方所提出的“第二十九军负责人道歉，中国方面撤军”的无理要求，后在宋哲元的同意下，由二十九军三十八师师长张自忠在天津和日本代表松井太郎签订屈辱和约：
第二十九军派代表向日方道歉，并处罚负责者，防止以后再发生此类事件，宛平城和龙王庙不驻中国军队，以保安部队维持治安，彻底取缔抗日团体。
这个协议事先呈蒋介石批示，蒋不予同意。南京政府外交部还特意用备忘录形式正告日驻华大使馆表示“任何谅解和协定，未经中央核准着无效。”
在中国方面进行备战抗日的同时，日本方面亦加紧侵略部署。7月11日，日本内阁召集首相近卫，外相广田，陆相杉山，海相米内，藏相贺屋，举行会议，决定出兵。随后，日本参谋本部迅速调动关东军独立混成旅第一旅团、第十一旅团、第二十师团以及原中国驻屯军第四旅团等分三路集结，合力包围北平，并派国内3个师团，包括著名的第五师团，朝鲜一个师团，“满洲”两个旅团兵力，为侵华援军。
日军卢沟桥衅燃起战火时，蒋介石积极调动军队，部署作战，显示出合力抗战的决心：“中正早已决心，运用全力抗战，宁为玉碎，毋为瓦全，以保持国家与个人之人格。”“坚持到底，处处固守，时时严防，毫无退让，除此之外，皆为绝路”。
7月17日，蒋介石发表著名的庐山谈话称：“如战端一开，那就是地无分南北，人无分老幼，无论何人，皆有守土抗战之责任，皆应抱定牺牲一切之决心。”
同时蒋介石又把希望寄托在大国的干预上，从双方的军事实力对比上来讲，中国显然是处于劣势的。尽管自西安事变以来，蒋介石在抗日间题，态度要积极得的多，也采取了一系列军事部署，但由于时间不足，直至七七事变前，很多战备工作尚未完成。此外，最致命的一点就是：长期以来形成的中央和地方的矛盾、蒋介石和地方实力派的冲突，使得宋哲元对于蒋介石和中央军事行动深具戒心。
宋哲元时任冀察（政务）绥靖主任，主持冀察防务和对日交涉，宋部二十九军辖4个师，加上地方保安部队，总兵力10万余人。日方一直以来对宋哲元则多方挑拨利诱，致使国人出电纷驰，对于宋哲元颇多责难。而宋哲元本人一方面，他不甘屈服于日本的威胁，成为万夫所指，另一方面又不肯与蒋介石妥协，力求在对日冲突中保存实力，军事上多有疏于防范之处。可以说，中央与地方的矛盾不仅在七七事变中体现出来，而且对抗战的全局都产生了严重的影响，成为导致抗战初期国土大面积沦丧，军事上大溃败的重要原因。
3．支持华北战局
自卢沟桥事变以来，日军就持续不断地在北平郊外发动进攻。至此，蒋介石感到和平解决已经没有希望。7月18日，他收到由周恩来委托宋美龄转交的国共谈判的12条意见，主要内容是：应许各报登载《中共中央为公布国共合作宣言》，国民党中央发出书面谈话表示同意等。同日，蒋介石电示何应钦，对日抗战主意已定，对共产党的处置及战斗序列应早注意。蒋介石开始考虑国共合作，共御外侮的问题了。
1937年7月25日，下午4时，日军100余人攻击天津廊坊车站，二十九军三八一师一一三旅刘振三部竟未能将此小股日军赶走。午夜，日军突然开火攻击刘部，并以14架飞机协同作战，刘部仓促应战。至26日上午7时，日军增援部队和陆续赶到，继续猛攻刘振三部。在日军的猛烈攻击下，廊坊车站中国军营被摧毁。上午10时，廊房失守，而坐镇华北的宋哲元却未派一兵一卒。直到此时，宋哲元仍未认真备战，更不敢对日军大规模出击。同日傍晚，日军驻丰台的战斗部队伪称日驻华大使馆卫队，欲于广安门闯进北京城内，被军独二十五旅刘汝珍六十九团击退。
在此之前的一天，蒋介石接见美驻华大使詹森，要求美国政府出面干涉。廊坊之战后，蒋介石认为日军在廊坊的行为表明中日之战难以避免。同日，他还对赴英的特使孔祥熙致电，并于该日电示宋哲元要他下定决心：巩固北平城防，立即备战；立即恢复宛平城防戒备，应死守勿失；兄即到保定指挥；决心大战，对沧县—保定，沧县—石家庄各线从速部署。
然而为时已晚，日本侵略军已完成了全面进攻的战略部署。27日日军参谋长按照天皇的“敕命”，发出了武力占领平津地区的命令。该日凌晨，日军进攻通州，中国驻军二十九军牺牲千余官兵，北平之外高丽官营、昌平、汤山、沙河都先后受到日军攻击。28日拂晓，日军混成旅团、河边旅团和机械化旅团在香月清司统一指挥下，一齐向南苑、北苑、西苑发动猛烈攻击。二十九军副军长佟麟阁、一三二师师长赵登禹在战斗中壮烈牺牲。同日午后，宋哲元于北平召开有秦德纯、张自忠等人参加的紧急会议。会议决定，为了不使北平古都遭到破坏，决定放弃北平，退守保定。并留张自忠代理冀察政务委员会委员长、北平绥靖主任和北平市市长，下午9时，宋、秦等先期前往保定，同日夜半，二十九军也撤出北平，不久，北平沦陷。
天津方面，三十八师副师长李文田曾于29日晨一度发起反攻，夺回机场，火车东站、新站，旋又失去。同日，伪冀东政府保安队3000人反正，将汉奸头子殷汝耕逮捕，押送北平，但途中又被日军抢回，30日天津沦陷。
在平津保卫战过程中，二十九军爱国官兵奋勇作战，反攻丰台，组织南苑保卫战，反击日军对广安门的进攻，痛歼五里店日军，均取得胜利。但是日军依仗其优势装备和众多兵力，进攻势头凶猛，锐不可当，而我守军仓促应战，缺乏充分准备，伤亡惨重。
宋哲元与蒋介石之间的矛盾和宋对蒋的戒备是导致二十九军在平津抗日中始终处于被动换打直至最后被迫撤出的结果有很大关系。冀察是宋的地盘，宋不到万不得已，决不会轻易放弃，而蒋的基础是淞沪，蒋介石始终抱有不惜以平津为代价，换取对日的和平的幻想。尽管平津失守，蒋介石却并未过于追究宋哲元的责任。7月29日，宋哲元电呈蒋介石，表示身受“国家重任”，“终不能达到任务，实有方于职责”，“请予以处分”。蒋却与新闻记者的谈话中表示：“所有平津军事失败问题，不与宋事，愿由余一身负之余自信必能全力我全责。”宋撤离北京后，蒋立即委任宋为第一集团军总司令，并将宋的二十九军也扩编为六十八、五十九、七十七三个军。
二十九军三十八师师长张自忠在北平沦陷后于8月4日穿起丧服，伪装服孝之人，骑自行车离开北平，到天津搭船至青岛，然后乘火车至济南。1938年春至南京见蒋，对自己的抗战不力表示悔过，并痛哭流涕，请求惩罚。蒋不仅没有怪罪，反而任命其为五十九军军长。蒋自知平津失守，中央军有不可推卸的责任，同时出于抗战需要，若对于宋等给予严厉惩戒，势必对其他（地方）处于抗战前线的地方实力派产生消极影响，难保其不投入日本人的怀抱。蒋介石的宽大令张自忠十分感动，在抗战过程中，张自忠坚持决不作失败的将军，最后在枣阳以身殉国。