“卢沟桥是中国领土，日本军队未经事先同意在此演习，已违背国际公法，妨害中国主权。至于士兵走失，与我方无关，我方不能负责。如贵方要搜查，可在演习区域内自行搜寻，绝不能进入宛平城。”
7月8日凌晨2时，日方再次发出威胁：如不允许进城搜查，将以武力保卫前进。而后，日军一木清直大队长下达了作战命令。凌晨5时许，日军开始向卢沟桥一带的中国守军发起攻击，并炮轰宛平县城。
守卫在卢沟桥和宛平城的，是第二十九军第37师第110旅第219团，团长吉星文。这位年仅29岁的青年军官，立即率部奋起抵抗。日军的第一个攻击目标是龙王庙和附近的铁路桥。守卫桥头的第219团官兵仅有两个排，60余人。面对日军一个大队数百人的猛攻，他们毫无惧色，依托桥头工事顽强抵抗，子弹打光了就拼刺刀，刺刀拼弯了就肉搏。终因寡不敌众，60多名官兵全部壮烈牺牲。龙王庙和铁路桥一度陷于敌手。
消息传到宛平城内，吉星文怒发冲冠。他立即组织反击，命令部队挑选精干战士组成敢死队。凌晨时分，敢死队员用绳梯悄悄爬出宛平城，在夜色掩护下摸向铁路桥。他们出其不意地将日军一个中队包围在铁路桥上，枪声、手榴弹爆炸声、喊杀声响成一片。日军措手不及，一个中队被全歼在桥上。敢死队重新夺回了龙王庙和铁路桥，将日军的嚣张气焰狠狠打了下去。
第110旅旅长何基沣亲临前线指挥，在一个营部里发出誓死“与桥共存亡”的命令，激励着每一个守军将士。此后数日，双方在卢沟桥和宛平城一带反复争夺，枪炮声不绝于耳。
事变之初，局势呈现出“一面抵抗、一面交涉”的复杂局面。第二十九军与冀察当局的领导者被日军施放的“和平”烟幕所迷惑。7月9日晨，第29军副军长秦德纯与日本北平特务机关长松井太久郎达成三项口头协议：双方立即停止射击；日军撤退到丰台，第29军撤向卢沟桥以西；宛平城内防务由保安队接防，人数限制在300人之内。
此后数日，和谈在零星冲突中时断时续。宋哲元等人认为日军的行动只是“地方事件”，幻想用和平方式解决。他虽于7月16日下达了确保北平的作战预备命令，却无具体部署和战备行动。更有甚者，为向日军表示“和平诚意”，他竟下令将北平城内各要口准备巷战的防御工事、沙包等一律撤除，将关闭数日的城门完全开启。当孙连仲等部奉命北上支援时，他竟发电予以抵制，称“平津地区局势可控，无需增援”。
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