日本不愿意公开宣战。它想要迅速用火力压制住中国，并企图将冲突限制在华北地区。日本军队在一份决议中声明，其目标是要“一口气”消灭中国在北方的军队，并占领北平以北140 公里的地区。听候调遣的是关东军，还有一些跟其合作或者至少不挡道的地方军队，合计约13 万人。7 月26 日，日本发动攻击。北平被袭，同时受到袭击的还有100 公里之外的天津：

日军轰炸了（天津市）许多主要建筑物，包括南开大学、中央车站和位于东站和国际桥之间的保安警察队总部。城中顿时一片火海，火势绵延了几公里……在（日军轰炸机）执行任务的时候，惊恐的中国百姓纷纷从城市逃亡到租界特设安全区。这些城市很快就沦陷了。北平在7 月28 日沦陷，天津7 月30 日沦陷。蒋介石大为震惊。他在《本月反省录》中写道：“倭寇随手而得平津，殊出意料之外。但其今日得之也易， 安知他日失之亦非易乎……对倭外交，始终强硬。”

蒋介石没有在华北地区部署其嫡系中央军。相反，他将此地的命运交到了实际掌控该地区的将领们手中，包括阎锡山和宋哲元。但蒋介石也确实将他本人的一位嫡系将军部署到这支军队中，他就是跟蒋介石一样在日本接受过军事训练的汤恩伯。但同时，蒋介石也给汤恩伯设置了障碍，他拒绝将精锐军队拨到汤恩伯麾下，而是留着它们，为即将到来的上海和长江流域的战争作打算。

因为优秀军队人数有限，这或许是一种可以理解的做法。但这导致汤恩伯陷入了左右为难的境地。日本关东军部署了超过9 万人的军队，人数大大超过中国军队，而且日方还有6 万后备军队，包括蒙古德穆楚克栋鲁普亲王的军队。带着处于弱势的部队，汤恩伯在河北南口艰难作战，2.6 万士兵阵亡。最终，即便在阎锡山的支持下，他也没能守住这座城市。虽然这一地区沦陷的事实很快就明朗化，但华北地区的战斗一直持续到8月。