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28日下午2时，宋哲元召开军政首脑会议。他强令张自忠代理冀察政务委员会委员长、冀察绥靖公署主任兼北平市市长。张自忠推辞不掉，只得从命。当日晚，宋哲元、秦德纯、张维藩等，坐轿车出北平至长辛店乘火车赴保定。冯治安率37师撤至永定河南岸布防。
同日夜，张自忠在灯下拟写电文：“彦冲兄、文田兄：我们都是国家人员，守土有责，到此紧要关头，务各尽一职，才能对得起国家。刻我担任北平城防司令，天津市府事务由马秘书长负责；驻天津附近部队由李文田就近指挥。我决心以身许国，与北平共存亡。顷已预嘱家事，盼兄等共体余意，共纾国难。”
第38师副师长李文田，马彦冲接到张自忠来电，立即召开紧急会议做出对日作战部署：祁光远团长率领师属手枪团，配属独立26旅一个营和保安队3中队，攻取海光寺日军兵营。李九思旅长率领独立第26旅（欠一个营），配属保安队2中队，攻取天津总站及东局子日军机场。宁殿武队长率领保安队1中队，攻取天津东站。武警部队负责联络。112旅为预备队。师指挥所设在西南哨门。定为夜里凌晨1点，向日军发起猛攻！
29日凌晨1时，第38师各部按规定时间向日军发起突袭，战至拂晓，天津东站和总站、东局子机场都被攻下，烧毁了十余架日机，并攻进航空兵团司令部，缴获大量机密文件，包括日军正在使用的电报密码本。只有海光寺兵营，日军防御工事坚固，第38师没有重型武器，没能攻占。当日下午，日军集中兵力反击，飞机大炮对第38师各部猛轰，守军联系中断，指挥失灵，各自为战，伤亡惨重。战至深夜，被迫向静海以南地区撤退。天津沦陷。
29日拂晓，日军独立混成第11旅团进攻北苑与黄寺。北苑守军第39旅旅长阮玄武投敌，黄寺守军冀北保安队被敌击溃。下午6时，北苑和黄寺被日军占领。
30日，在日军操纵下成立了伪政权北平维持会，因第39旅投敌，第27旅被敌缴械，张自忠只身无兵，又遭敌特追捕，只得躲进德国医院。北平沦陷。同日，宋哲元于保定致电蒋介石：“职刻患头疼，亟宜休养”，第29军军长职务交冯治安代理。
日军占领平津后，参谋总部决定兵分三路展开攻势：一路由平汉线南进，一路由津浦线南进，另一路沿平绥线西进，攻占山西的天镇、阳高、大同、太原，掌控华北战场主动权。陆相杉山元疯狂叫嚣：“一个月攻占山西全省，两个月占领整个华北，三个月灭亡全中国！”
天皇裕仁召见陆相杉山元询问：“对华战争需要多长时间可以结束？”
杉山元说：“帝国基本国策：欲征服世界必先征服中国。如果帝国能大量出兵，向华北和华中同时出击，全力对华作战，最短一个月，最长三个月，即可以解决中国问题。”
裕仁问：“有把握吗？”
杉山元说：“我以本职担保！”
“好!”裕仁即批准了陆军部的出兵方案。
于是，日本陆海空军从陆上、海上、空中，浩浩荡荡、耀武扬威、疯狂地向中国开来，一场历时八年之久的抗日战争由此拉开了战幕。