中国政府在加紧准备抗战的同时，没有放弃谋求和平解决中日冲突。7月21日至26日间，蒋介石分别会见了英、美、德、法驻华大使，企图通过外交活动阻止日本侵华，但毫无结果。
宋哲元返回北平之后发现自己虽然一再妥协退让，而日军仍然步步进逼，了解到第29军广大官兵和北平各界人士、青年学生的抗日呼声与支援第29军的积极行动。23日晚，参谋次长熊斌从保定到达北平，向宋哲元传达政府的抗战意图。24日，蒋介石致电熊斌，并转宋哲元，指出：日军从22日起，其机械化部队向华北输送，预料一星期内必有大规模行动，务望时刻防备。宋在这种情况下开始考虑抗战，但深感作战准备不足，因此一方面令第37师停止撤退，令第132师在永定河以南集结，令该师独立第27旅进入北平担任城防；另一方面电请蒋介石将北上各部暂时稍微后退，以便争取时间完成战备。但为时已晚。日本从东北及朝鲜进入华北的部队已于7月20日前后到达预定的进攻出发地。香月清司决定首先肃清北宁铁路天津到北平间驻守重要车站的中国军队。日军于7月25日借口修理电线，向廊坊中国驻军发动进攻，并占领廊坊车站。
廊坊车站是天津、北平之间的一个大站，第29军第38师第113旅旅部率第226团(欠第2营、第3营的第12连)驻守在这里。卢沟桥事变发生以后，该团构筑了简单的防御工事，街道以麻袋填土堵塞，房顶垒起各种掩体。
7月25日下午，日军1个中队乘火车到达廊房，占据车站，并至站外构筑作战工事。驻军加以制止与警告，但日军置之不理，因而双方发生武装冲突。日军受到中国军队的猛烈打击，伤亡严重。日本“中国驻屯军”当即令第20师团第77联队增援廊坊日军，又于26日凌晨3时30分令第20师团向天津前进，同时令驻屯步兵旅团第2联队第2大队乘火车到北平，途经廊坊时参加战斗。
26日拂晓，日军以飞机27架次轮番轰炸廊坊守军的兵营。日军增援部队于上午8时到达廊坊，立即在飞机的支援下向守军发起攻击。守军第226团第3营与日军展开顽强战斗。至12时，该营向东转移，廊坊被日军完全占领，因而平津之间的交通被切断。
廊坊战斗后，香月清司于26日11时向参谋本部申请行使武力。参谋本部第1部即通知“中国驻屯军”参谋长：“要坚决予以攻击，上奏等一切责任由参谋本部承担。”接着又指示：“中国驻屯军司令官应废除临命第四号，在必要时得以行使武力。”并命令临时航空兵团归“中国驻屯军”直辖。
26日下午，香月清司向第29军发出最后通牒(由日军特务机关长松井面交秦德纯代收)。通牒中要求：“首先应速将部署在卢沟桥、八宝山方面的第37师，于明日中午前撤退到长辛店附近；又北平城内的第37师，由北平城内撤出，和驻西苑的37师部队一起，先经过平汉线以北地区，于本月28日中午前，转移到永定河以西地区，然后再陆续开始将上述部队送往保定方面。倘若不按上述方案执行……我军不得已只好采取单独行动。”
日军向第29军送出最后通牒之后不久，从天津乘火车到达丰台的步兵第2联队第2大队分乘26辆卡车，从丰台向北平城内开进。下午7时，该部日军乘汽车强行进入广安门。广安门守军第29军刘汝珍团的1个连立刻开火阻止，于是两军发生战斗。日军一部已入城，一部被阻于城外。晚10时左右战斗停止下来。27日凌晨2时，已入城的日军按照第29军指定的路线到达东交民巷日本公使馆，未入城的日军退到丰台。
廊坊、广安门战斗发生以后，宋哲元这才感到日军大举进攻的时刻即将来临，于是于26日下午4时和当日晚间两次电报何应钦转呈蒋介石，报告日军给第29军的最后通牒和平津地区的局势，并求政府援助。蒋介石于26日下午9时回复宋哲元：“甲、北京城防立即准备开战，切勿疏失。乙、宛平城防立即恢复戒备。此地点重要，应死守勿失。丙、兄本人立即到保定指挥，切勿再在北平停留片刻。丁、决心大战，照中(正)昨电对沧保与沧石各线从速部署。”27日，蒋介石再次致电宋哲元：“请兄静镇谨守，稳打三日，则倭氛受挫，我军乃易为力。务望严令各部，加深壕沟，固守勿退。中央必星夜兼程，全力增援也。”
廊坊及广安门战斗后，日本决定增加兵力，扩大战争。日参谋总长和陆军大臣于27日晨协商后决心动员国内3个师团，并对第20师团和其他部队进行第二次动员。8时40分，日本内阁在首相官邸召开紧急会议，同意陆军实行动员。9时30分，陆相杉山元上奏天皇批准，于11时50分下令动员。日本陆军第二次紧急动员计划在10天至两周内完成，并决定从8月1日开始输送国内部队至侵华前线。动员的人数约20.9万人，配马5.4万匹。增援华北的有第5、第6和第10师团。还预定将第11师团派往青岛、第3师团派往上海。
7月27日，日军参谋总长载仁亲王命令：“中国驻屯军除现有任务外，应负责讨伐平津地区的中国军队，安定平津地区各重要地方。”接着又下达派遣第5、第6、第10师团等前往华北的命令。28日，参谋总长就华北作战问题给“中国驻屯军”发出指示。其要点是：(一) 陆、海军配合问题，按陆、海军协定另册摘要行事；(二) 军的作战地区(航空兵除外)大概定于保定、独流镇一线以北，适当可使用催泪弹；(三) 第10师团为基干的部队，约于8月15日至18日前后在北塘及塘沽附近登陆。
7月29日，日军参谋本部制定了《对华作战计划大纲》，决定把战争扩大到华北地区之外。其要点是：
一、 作战方针：击溃平津地区的中国军队，设法使该地区安定下来。作战地区，大概限定于独流镇之线以北。根据情况，以一部兵力在青岛及上海附近作战。
二、 兵团的兵力编制及任务：(一) 平津地区以中国驻屯军约4个师团为基干，击溃平津地方的中国军队。(二) 青岛附近大概以1个师团为基干，占领青岛附近，以保护侨民为主旨。
三、 指导作战要点：(一) 以中国驻屯军进行作战。在平津地区，特别是在以上作战地区，对中国军队尽力加以沉重打击。(二) 在情况不得已时，对青岛及上海附近进行作战。(三) 由于战况的演变，特别是由于和第三国的关系，应以最低限度的兵力占领平津地区，并策划持久占领。
四、 对第三国，应严密警戒，逐步动员必要的兵力，派到满洲。
五、 另外以5个师团归中央直辖，可以适应形势变化，作好准备。
日本海军在陆军决定向华北派遣国内师团的同时，也于27日作出《省部关于处理时局及准备的协议》。协议指出：“鉴于今后形势有很大可能导向对华全面作战，因此海军必须进行对华全面作战的准备。”“当前用兵是以解决华北问题必要的兵力为限，而海军为加速完成上述目的，应该对华北方面予以分内的协助，护卫输送船只，保护在中国各地的权益及侨民。但对华全面作战和保护青岛及上海，也应完成必要的准备。”２８日，军令部总长博恭王发出命令：“联合舰队司令长官派遣第二舰队协助陆军保护在华北方面的日本臣民和权益，并协助第三舰队。”
至此，日本帝国主义对中国发动全面战争已经做好充分的准备。这时，中国方面也在进行着对付日军进攻的准备。7月27日8时30分，蒋介石决定了华北地区防御战的计划。其部署是：
(一) 我军应仍照原定计划在沧保、沧石二线上集中构成阵地，期在此线上与敌作整齐之战斗。
(二) 中央军以援助平津、期与敌在永定河地区作战之目的，先以主力集结于沧州、保定之线。第29军应固守北平、卢沟桥、长辛店、涿县之线，与保定方面保持确切连络。
(三) 令孙连仲部第26路军即向永定河地区前进。该路军之行动此后归宋主任哲元指挥。所遗保定、任丘、河间、献县防地，已令万福麟第53军接防(当日上午11时30分河间、献县另令曾万钟部接防)。
(四) 令万福麟部第53军即推进于保定、任丘之线，接26路军防地，在该线上构筑阵地。
宋哲元在了解了当前形势，知道中央已“决心大战”，特别是经过廊房、广安门战斗及收到日军的最后通牒后，方仓促组织抗战。他在16日制订的防守北平地区“作战预先号令”的基础上，于7月28日向所属各部队下达了作战命令。其主要内容为：
(一) 作战方针：为确保北平、天津两市及其附近地区，对敌实施持久防御，伺机再转为攻势，以夺取战争的最后胜利。
(二) 兵力部署：将全军分为三路：第一路军防守北平地区。以第132师、38师之113旅及军特务旅为右地区部队；以冀北保安队之2个旅及独立第39旅为左地区部队；以37师之111旅、独立第27旅、38师特务团及北平保安队为城防部队；以骑兵第9师(欠第1旅)为机动部队；以37师(欠111旅)、独立第25旅、骑兵第9师之第1旅、冀北保安1旅之第1团及河北省保安队为总预备队。
第二路军防守天津地区，下辖第38师之112旅、114旅、独立第26旅及天津保安队。
第三路军防守察哈尔省，下辖第143师、独立第29旅、独立第40旅、独立骑兵第13旅及察哈尔省保安队。
(三) 任务区分：第一路军之右地区部队，在北平永定门(不含)、大红门、南苑兵营、团河、黄村、庞各庄之线占领要点，构筑阵地进行防御。情况许可时，适时调整部署，集中兵力实施出击，将来犯之敌消灭于阵地之前；为确保南苑兵营，在西红门、新宫小红门及旧宫村配置一定兵力；驻南苑兵营之部队为右地区之预备队，随时准备策应各部队；另外第113旅(欠225团)防守安次及武清县城，破坏敌军交通线，并对敌实施牵制性袭扰。
左地区部队，在北平城东北角(不含)、北苑、沙河镇、昌平车站之线占领要点，构筑阵地进行防御；控制适当之机动兵力，随时准备实施出击，与防守要点之部队协同消灭进攻之敌。
城防部队，按城防计划依托既设工事，坚守城垣，将进攻之敌消灭于城外，同时消灭城内日军。
骑兵部队，在地区守备部队前方积极活动，对当面之敌实施突袭，以利于防御部队之作战，并破坏敌后方交通线及进行牵制性袭扰。
总预备队，派出一部兵力，密切监视卢沟桥附近之敌，相机出击，将其击歼，严防敌人由各要点间隙渗入至西郊地区。
第二路军，在驻天津市部队掩护下，迅速进入市区，构筑工事，组织坚守；派出一部兵力对大沽、塘沽警戒。
第三路军，与第一路军保持密切联系，派出一部兵力据守南口，与沙河镇友军协同，消灭侵入昌平之敌。
(四) 作战方法：1. 除防守北平、天津市区部队外，其他部队应采用游击战法，集中兵力，各个消灭孤立之敌。2. 在敌机械化部队经过的道路上，埋设地雷或挖掘陷阱，并设便衣伏兵，实施突然袭击。3. 当友军遭敌攻击时，必须主动支援，向进攻之敌的侧背实施奇袭。
宋哲元的这一作战命令刚刚下达至北平地区各师，部队尚未来得及行动，日军便开始发动了对北平的进攻。
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