日军利用夜战进行突击，中国守军虽临危不惧，死守阵地，可是因敌我火力相差悬殊，日军阴谋最终得逞。日突击队在19时45分占领了东侧城墙，随后突入城内，向中部地区和西侧城墙突进。

中国守军且战且撤。20时30分，日军进攻到宛平城西侧，宛平城失守。30日，包括宛平城中国守军在内的掩护部队完成任务后撤退至长辛店，旋即撤往河北。从此，整个北平完全沦入日军之手。