3月27日，武藤信义下达向长城各口进攻的命令后，占领义院口的日军混成第33旅团协同新增加的第6师团一部兵力，首先于4月1日向滦东发起进攻，先后攻占了石门寨和海阳镇。守军何柱国部退守秦皇岛。4月11日日军攻占冷口、建昌营和迁安后，滦河以西守军的侧背受到威胁。为避免腹背受敌，宋哲元第29军、商震第32军、何柱国第57军和杨正治第53军只得撤到滦河西岸，沿滦河布防。第6师团展开追击，先后攻占滦东的卢龙、抚宁、昌黎各县。滦河东部、长城以南全部被日军占领。
日军占领滦东之后，国际形势发生了变化。当日军攻占冷口时，蒋介石向西方列强寻求支持，希望国联出面干预，制止日本的侵略。虽然此时的英、美、法极不愿意卷入中日冲突，但华北毕竟不是日本的“传统”势力范围，在冀东唐山和秦皇岛，英、美海军以保护侨民为理由，作出了登陆的姿态。这时的日本虽然退出了国际联合会，但在与中国交战之时，日本当权者对与西方列强对抗是有顾虑的。因此，4月19日日本天皇出面敦促军方停止在滦东的攻击。4月21日，关东军只得将进入滦东的第6师团等部队又撤回长城以北。此时军事委员会北平分会命令何柱国派第57军少数部队渡过滦河，谨慎跟进。到4月底，滦东地区又回到中国军队手中。
四、 冀东沦陷和《塘沽协定》的签订
长城战役进行到4月底，中日双方都有结束作战的想法，只是在达成什么目标、以什么手段结束的问题上不同而已。
日本关东军以第6、第8师团及一个混成旅团守备从古北口到山海关400公里的长城线，“兵力显然不足，处于不遑应战的状态”，且屡以小部队越过长城线进行反击，致“使官兵疲惫不堪”，“因此关东军参谋部内产生了莫若进行一次短暂的大规模作战”的设想，企图越过长城线结束长城战役。为此关东军参谋长小矶国昭于4月12日到东京寻求军部的支持。
当滦东和南天门战斗进行之际，蒋介石继续在南昌督师“剿共”，而请从国外回来的汪精卫代替宋子文主持国民政府。汪上任后即起用黄郛为未来的华北政权首脑，目的是寻求与日本停战谈和的途径。从4月19日开始，中日双方在上海进行秘密谈判，日本提出4项停战条件，并坚持中方先从长城前线撤军，否则不予停战，使谈判进展缓慢。日本陆军大臣荒木贞夫认为战争的“扩大与不扩大要对时间、地理、兵力三方面进行考虑，如时间能缩短，地域和兵力的扩大都可认为是次要的，时间的延长才是大忌”，于是陆军省与小矶国昭重新制订了“以迫和为主”的沿长城线作战计划。武藤信义遂于5月3日下达作战命令，其要点为“决续予敌以铁锤的打击，以挫其挑战的意志”。此时日方对谈判已不感兴趣，而着手准备以更大规模的作战来夺取整个冀东地区。为此，将在黑龙江的第14师团之28旅团调至长城一线。
在长城一线参战的中国军队已坚持了两三个月，人员、弹药消耗都很大，战斗力已经下降。何应钦也一再致电蒋介石，要求蒋增派援军和增加财政补助，以利作战。但蒋坚持不再增兵华北，尤其不允许参加“剿共”的中央军北调。这时，国民政府的中上层中枢机构，特别是军委会北平分会已对长城抗战失去了胜利的信心。到4月下旬，何应钦已作了收缩兵力、确保平津的部署：一、为加强北平的防守，将驻滦西的第32军调往平东通县、三河、平谷一带。将驻张北的第59军傅作义部调往昌平，将第26军萧之楚部也调往平东地区；二、为防日军进攻，在滦西修筑三道防御阵地：主阵地在滦河西岸，第一预备阵地为唐山、丰润南北之线，第二预备阵地在蓟运河西岸一线。
5月7日，日方中断了中日秘密谈判，在西起古北口、东至山海关的长城全线，向中国守军发动了开战以来规模最大的进攻。
日军进攻开始后，第6师团、混成第14旅团首先从山海关到冷口一线突入关内。守军第57军何柱国部迅速后退到滦河以西的既设阵地，滦东再次沦入敌手。
5月10日，日军第8师团主力夜袭新开岭（古北口南１１公里）第17军阵地。经过3天的战斗，重镇石匣（密云东北３０公里）被敌占领。第17军的3个师损失惨重，无力再战，遂下令后撤。日军于19日晨占领密云。
当守军溃退、日军向密云追击的时候，北平军分会急调集结于昌平地区的傅作义第59军进到怀柔布防，协助第26军萧之楚部保卫北平。由于北平危急，蒋介石急令冯钦哉第42师、第87师、第88师等部北上，保卫北平。
在滦河地区，日军第6师团、混成第14旅团、第14师团的第28旅团等先后从迁安的高台子、忍子口等地渡过滦河，从第29军和第67军的结合部突破，使滦河西岸的守军纷纷后退。第29军顽强抵抗到15日，终因寡不敌众，不得不向西撤退。16日，日军占领了滦西的丰润、遵化。
当前线战斗最激烈的时候，中日间在北平的秘密谈判也到了关键时刻。为了使日军答应停战，何应钦命令何柱国、王以哲、万福麟等军撤到宁河、宝坻之线，宋哲元部撤到三河、平谷以东地区。这样，日第6师团在滦西的进攻如同旅次行军，未遇到中国军队的任何抵抗。
这时，新成立的北平政务整理委员会委员长黄郛到达北平，派出密使与日方人员谈判。日方获悉北平军分会已经准备屈服，为了在即将到来的停战谈判中占据更为有利的地位，关东军命令所属各部继续进攻，以抢占更多的地盘。到22日，日军又相继占领了玉田、平谷、蓟县、三河等县城。第6师团全线推进到蓟运河一线，已兵临平、津城下。
5月23日，在北平怀柔、顺义一带构筑了工事的傅作义第59军与日军第8师团进行了长城抗战以来的最后一战，给日军以一定的杀伤。当天，在北平城内，黄郛连夜与日方代表达成协议，决定中日双方在顺义、通县、香河、宝坻、宁河、芦台一线全线停火。正在与日军交战的傅作义军只好遵令停止战斗，向后撤退。至此，历经近3个月的长城战役的战火逐渐平息下来。
5月26日，北平军分会派参谋徐燕谋前往密云，与日本第8师团长西义一面洽停战，日方除原提出的4项条件外，又增加“随时派飞机侦察，及用其他方法，以视察中国军之撤退状况。中国方面，对此须予以保护及一切之便利”的条件。何应钦表示接受，并于5月31日通令各部队：
一、 对阵地工事之构筑，即日停止工作；
二、 凡第一线之突出部队，均撤回预定之线内；
三、 对敌飞机停止射击。
5月30日，北平军分会中将总参议熊斌等与日本关东军副参谋长陆军少将冈村宁次等在塘沽谈判停战条件。5月31日上午11时10分签字，产生了丧权辱国的《塘沽协定》。其内容如下：
一、 中国军一律迅速撤退至延庆、昌平、高丽营、顺义、通州、香河、宝坻、林亭口、宁河、芦台所连之线以西、以南地区，尔后不再越过该线，又不作一切挑战扰乱之行为。
二、 日本军为证实第一项实行之情形，随时用飞机或其他方法进行监察，中国方面应行保护，并予以便利。
三、 日本军证实中国军业已遵守第一项规定时，不再超越上述中国军的撤退线进行追击，并自动回到大致长城之线。
四、 长城线以南，第一项协定之线以北及以东地区内之治安维持，由中国警察机关任之。上述警察机关，不可用刺激日本感情之武力团体。
五、 本协定签字后，即生效力。
这个协定实际上默认了日本帝国主义侵占东北三省和热河省的合法性，并承认冀东为“非武装区”，中国不能在那里驻扎军队，而日本可以在那里自由行动。这样，整个华北门户洞开，处在日军的武装监视和支配之下，日军随时可以进占平津和冀察。
五、 长城抗战失败的原因
长城抗战历经5个月，最后以订立丧权辱国的《塘沽协定》而告结束。这次失败，不仅使中国兵员损失巨大，而且给以后华北的局势带来了灾难性的后果。《塘沽协定》的签订，使中国失去了热河全省和冀东22个县的领土。据战后统计，中国军人死亡16725名，负伤24019名，而日军的伤亡仅2600名。中日双方伤亡的比例大大超过了1932年“一?二八”淞沪抗战。战争对华北地区直接的物资破坏更无法统计。
综观长城抗战，导致失败的原因是多方面的。
从政治上说，是蒋介石“攘外必先安内”的政策所致。虽然蒋介石在长城抗战中多少改变了“九一八”事变以来不抵抗的政策，实行了“一面抵抗、一面交涉”的方针。但这种抵抗只不过是为了平息国人抵御外侮的呼声，是为了争取接受不是在最苛刻条件下的妥协，因而实质仍然是“消极抵抗，积极谋和”。
当长城抗战正处在最紧张的时候，蒋介石正指挥50万大军对江西中央苏区进行第四次“围剿”；面对广大爱国官兵强烈的抗日爱国呼声，蒋介石曾严令：“如再有偷生怕死，侈言抗战，不知廉耻者，立斩无赦。”何应钦、黄郛在与冈村宁次进行秘密谈判时，何对冈村说：“实际上我国现在最难办的是共产党势力的抬头，故而不愿引起对外问题。如果日本不就此停止对我国的压迫，其结果中日两国都将给共产党以可乘之机。”何应钦的话道出了国民党屈辱地接受《塘沽协定》的真实意图，是对蒋介石“攘外必先安内”政策最好的注释。
蒋介石“攘外必先安内”的误国政策在战略上导致了长城抗战必然失败的命运。对日作战是关系中国命运的大事，需要集中国内主力应战，但蒋介石只派中央军四五个师的兵力北上参战，中央军主力精锐一直在南方进攻红军。这种两面作战、南重北轻、重心在南方的做法，一开始就决定了北方长城抗战必然失败的命运。
从战役战术上看，首先，是日本采取了多方牵制、集中机动力量快速进攻的战术；而中国守军则分散兵力，处处应付，消极防御，死守阵地，造成了被动挨打、终至失败的结局。日军在进攻热河前，驻扎在华北地区的东北军的数量并不少于日军。仅就热河而言，其境内部署的东北军就有近10个师的兵力，约10万人。而日军投入的军队仅2个师团又3个旅团，共4万人。日军为达到战术上的优势，首先在山海关打响，又在渤海湾造成登陆的假象，牵制何柱国、于学忠等于滦东和津沽间而不能援热；还利用刘桂堂、崔兴五、李守信等伪军在察哈尔东部和热河北部牵制了中国守军5个师的兵力。同时，日军集中了装甲车、汽车、骑兵部队，沿交通大道快速机动，很快将热河占领。而中国军队处处设防，消极死守，线长兵薄，工事简陋，一点被突破，全线即溃。
其次，是中国当局采取了消极防御、死守阵地的战术。中国军队不仅在数量上远远超过日军，而且有地形上的优势，如果在日军进攻时采取伏击，或派出小分队，敌进我进，打其后方，是能给日军以杀伤或遏制其进攻的。可惜国民政府军队不仅根本没有这样做，而且最高指挥机关也从未有这样的想法和打算。长城防御时，线长空隙多，局部的出击是能奏效的，如第29军在喜峰口、罗文峪的夜袭等；大部队的前出和突进也能办得到，如第26军在兴隆对日军的进攻和包围。可惜这种做法既未推而广之，亦未持久。这是由最高指挥者消极防御的指导思想造成的。
第三，日军装备精良，火力强；中国军队装备差，虽有优势的地形和杀敌的勇气，但在敌强大的火力下，徒增伤亡。日军的作战装备有装甲车、坦克，下有火炮作掩护，上有飞机轰炸相配合，机动性强，火力猛。日军步兵有“精利武器”可恃，攻击某处，“必集结炮兵破坏华军防御工事暨其守兵，然后步兵以飞机与战车作掩护，攻击前进。此乃新式用兵”。而中国军队的装备与日军相比，大相径庭。以第29军为例，该部“装备差，火力弱，有兵无枪，有枪缺弹，只是每人大刀一把，手榴弹六枚”。即使中央嫡系部队（如第2、第25、第83师），装备和日军相比也差之甚远，何况仓促上阵，没有准备。第25师上阵时，士兵还是“赤脚草鞋”，第2师的“轻机枪还在仓库里”。该部守备的古北口、南天门险要地段之所以被日军攻占，日军的优势火力起了重要作用。由于中国军队装备差，就是包围了日军也不能歼灭。如第26军在兴隆对日军包围2日，由于没有重武器，不能攻击歼灭，只得放弃而归。日军强大的火力给中国守军很大的杀伤。据战后统计，中、日伤亡的比例为15.3∶1，可见中国军队在日军火力下伤亡之大。消极防御的战术思想，加上低劣的武器装备，使守军不得不依赖长城这个古老的工事进行作战，落后的战术思想和过时的防御设施带来的后果是很明显的。
第四，中国守军一部分官兵素质差，缺乏斗志，也是失败的重要原因。中国守军不乏训练有素的部队和忠勇爱国的军官。第29军发扬了西北军刻苦训练的传统，平时训练，“以日本为假想敌，所以当第29军奉命开赴平东防御日军的时候，全军士气异常旺盛”。孔祥熙视察第29军后的印象是“卒伍整觞，无矜气，无怠容”。虽装备低劣，然而用大刀杀出了威风。中国军队的不少官长在作战中能身先士卒，带头拼杀，如赵登禹、佟泽光、关麟徵等人皆是。可惜像这样的人太少。中国一些军政官员的腐败昏庸在这次作战中表现得淋漓尽致。北平军分会的主要官员平时沉湎于酒色之中，一些军国大事竟在交际苑里处理。上有所好，下必甚焉。各军师在作战中，或因斗志不坚、指挥失当，或因麻痹松懈、缺乏协同，导致了战斗失败。如中央军第2师一部在防守古北口八道楼子时自恃地形险要，官长带领士兵赌博，致使日军趁夜偷袭成功，八道楼子阵地全失，古北口防御全线动摇。“……东北军苟遇日人攻击，靡不望风奔溃，事实昭彰，无庸隐讳。愚意其过不在士兵，而其主因在乎官长之素质与营长以上之动作。”万福麟部在儿河设防时，线长兵单，“分散兵力，既不能增援，又不能固守”不必说，“并且师以上指挥官的位置均距第一线二百里以上，交通不便，通信器材不足，前后方通一次电话需要若干时间。这对于作战已经不能及时应付，更谈不到兵力的活用和互相呼应了。对群众没有联系，没有宣传，故对敌方行动毫不察悉，敌不找我，我不找敌。这也是失败的因素。”商震第32军防守冷口一带正面百余里的防线，只派了一个师，“其余的两个师和军部直属部队都控置在远远的后方开平”，“所谓准备也不过是加强工事，把炮兵推进到冷口外面，准备支援前进阵地，但又不敢推进过远”，实际上是摆个架子，指望日军占了热河以后不再向冀东进展。这些军队的战斗力可想而知。附表1－6－1长城抗战军队序列表(1933年3月20日)
军事委员会北平分会委员长蒋介石(兼)何应钦(代)
参谋长黄绍
第1军团总指挥于学忠
参谋长刘忠干
第51军军长于学忠第113师师长李振唐第111师师长董英斌第114师师长陈贯群第118师师长杜继武骑兵第１师师长张诚德
第8军团总指挥杨杰
第17军军长徐庭瑶第2师师长黄杰第25师师长关麟徵骑兵第1旅旅长李家鼎
第67军军长王以哲第107师师长张政枋第110师师长何立中第112师师长张廷枢第117师师长翁照垣
第２６军军长萧之楚—第４４师师长萧之楚（兼）
预备军团归北平军分会指挥
第41军军长孙魁元第117旅旅长丁庭第118旅旅长刘月亭补充第1旅旅长邢预筹
第105师师长刘多荃
骑兵第6师师长白凤翔
第83师师长刘戡
第2军团总指挥商震
参谋长吕济
第32军军长商震第139师师长黄光华第84师师长高桂滋第141师师长高鸿文第142师师长李杏村骑兵第4师师长郭希鹏
第57军军长何柱国第115师师长姚东藩第109师师长何柱国第120师师长常经武骑兵第3师师长王奇峰
第3军团总指挥宋哲元
副总指挥庞炳勋秦德纯
参谋长张维藩
第29军军长宋哲元第37师师长冯治安第38师师长张自忠暂编第2师师长刘汝明
第40军军长庞炳勋骑兵第5师师长李福和第115旅旅长刘世荣第116旅旅长陈春荣
第4军团总指挥万福麟
参谋长王景儒
第53军军长万福麟第108师师长杨正治第10师师长沈克(该师原属第3军团)第1０６师师长沈克第116师师长缪澄流第119师师长孙德荃第129师师长王永胜第130师师长朱鸿勋、于兆麟骑兵第2师师长黄显声
第5军团总指挥汤玉麟
该部由热河败退至独石口、滦平一带
第7军团总指挥傅作义
该部在察东，辖第59军(军长傅作义兼)、第61军(军长李服膺)、骑兵第1军(军长赵承绶)
另外还有在热北林西的冯占海第63军和在热北的抗日义勇军李忠义、邓文部等。
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