日军挑衅
1937年7月7日下午，日本华北驻屯军第1联队第3大队第8中队由大队长清水节郎率领，荷枪实弹开往紧靠卢沟桥中国守军驻地的回龙庙到大瓦窑之间的地区。晚7时30分，日军开始演习。
22时40分，日军声称演习地带传来枪声，并有一士兵（志村菊次郎）“失踪”，立即强行要求进入中国守军驻地宛平城搜查，中国第29军第37师第110旅第219团严词拒绝。日军一面部署战斗，一面借口“枪声”和士兵“失踪”，假意与中国方面交涉。
24时左右，冀察当局接到日本驻北平特务机关长松井太久郎的电话。松井称：日军昨在卢沟桥郊外演习，突闻枪声，当即收队点名，发现缺少一兵，疑放枪者系中国驻卢沟桥的军队，并认为该放枪之兵已经入城，要求立即入城搜查。中方以时值深夜日兵入城恐引起地方不安，且中方官兵正在熟睡，枪声非中方所发，予以拒绝。不久，松井又打电话给冀察当局称，若中方不允许，日军将以武力强行进城搜查。同时，冀察当局接到卢沟桥中国守军的报告，说日军已对宛平城形成了包围进攻态势。冀察当局为了防止事态扩大，经与日方商议，双方同意协同派员前往卢沟桥调查。此时，日方声称的“失踪”士兵已归队，但隐而不报。
奋起抗战
7月8日晨5时左右，日军突然发动炮击，中国第29军司令部立即命令前线官兵：“确保卢沟桥和宛平城”，“卢沟桥即尔等之坟墓，应与桥共存亡，不得后退。”守卫卢沟桥和宛平城的第219团第3营在团长吉星文和营长金振中的指挥下奋起抗战。
日军挑起七七事变后，在全国引起强烈反响。七七事变的第二天，中国共产党中央委员会就通电全国，呼吁：“全中国的同胞们，平津危急！华北危急！中华民族危急！只有全民族实行抗战，才是我们的出路！”并且提出了“不让日本帝国主义占领中国寸土！”“为保卫国土流最后一滴血！”的响亮口号。蒋介石提出了“不屈服，不扩大”和“不求战，必抗战”的方针。蒋介石曾致电宋哲元、秦德纯（第29军副军长兼北平市市长）等人"宛平城应固守勿退”，“卢沟桥、长辛店万不可失守”。
中方反应
1937年7月17日，蒋介石在庐山发表谈话，指出“卢沟桥事变已到了退让的最后关头”，“再没有妥协的机会，如果放弃尺寸土地与主权，便是中华民族的千古罪人。”对于在卢沟桥战斗中英勇抗敌的29军，全国各界报以热烈的声援。各地民众纷纷组织团体，送来慰问信、慰劳品；平津学生组织战地服务团，到前线救护伤员、运送弹药；卢沟桥地区的居民为部队送水、送饭，搬运军用物资；长辛店铁路工人迅速在城墙上做好防空洞、挖好枪眼，以协助军队固守宛平城；华侨联合会也致电鼓励第29军再接再厉。七七事变爆发后，日军的进攻遭到了中国军队的顽强抵抗。日军见占领卢沟桥的企图实现不了，便玩弄起“现地谈判”的阴谋，一方面想借谈判压中国方面就范，另一方面则借谈判之名，争取调兵遣将的时间。
7月9日、11日、19日，日本华北驻屯军与冀察当局三次达成的协议，都被卢沟桥时断时续的炮声证明是一纸空文。“现地谈判”使日军赢得了增兵华北的时间，但它却蒙蔽了冀察当局的视线，迟缓了第29军部兵应战的准备，给平津抗战带来极大危害。
到1937年7月25日，陆续集结平津的日军已达6万人以上。日本华北驻屯军的作战部署基本完成之后，为进一步发动侵华战争寻找新的借口，又在7月25日、26日蓄意制造了廊坊事件和广安门事件。
26日下午，华北驻屯军向第29军发出最后通牒，要求中国守军于28日前全部撤出平津地区，否则将采取行动。宋哲元严词拒绝，并于27日向全国发表自卫守土通电，坚决守土抗战。同日，日军参谋部经天皇批准，命令日本华北驻屯军向第29军发动攻击，增调国内5个师约20万人到中国，并向华北驻屯军司令官香月清司下达正式作战任务：“负责讨伐平津地区的中国军队。”血战平津已再所难免。中国军队随之奋起抵抗，血染平津路，壮士报国恨。
平津沦陷
1937年7月28日上午，日军按预定计划向北平发动总攻。当时香月清司指挥已云集到北平周围的朝鲜军第20师团，关东军独立混成第1、第11旅团，中国驻屯军步兵旅团约1万人，在100余门大炮和装甲车配合、数十架飞机掩护下，向驻守在北平四郊的南苑、北苑、西苑的中国第29军第132、37、38师发起全面攻击。第29军将士在各自驻地奋起抵抗，谱写了一首不屈的战歌。南苑是日军攻击的重点。第29军驻南苑部队约8000余人（其中包括在南苑受训的军事训练团学生1500余人）浴血抵抗，第29军副军长佟麟阁、第132师师长赵登禹壮烈殉国，不少军训团的学生也在战斗中献出了年轻的生命。
28日夜，宋哲元撤离北平，29日，北平沦陷。29日凌晨，冀东保安队第1总队队长张庆余和第2总队队长张砚田，在通县发动起义，反正抗日，击毙通县特务机关长细木繁中佐等数百人，活捉汉奸殷汝耕（后逃跑）。
1937年7月29日，第29军第38师在副师长李文田的率领下，发起天津保卫战。第38师攻击天津火车站、海光寺等处日军，斩获颇众，但遭日机的猛烈轰炸，伤亡亦大，遂奉命撤退。30日，天津失守。