陳海松打馬揚鞭馳騁在張掖各地進行最後準備時，北平和全國的局勢一天天惡劣起來。
事變的第二天雙方激烈交火，29軍37師219團在團長吉星文指揮下組織還擊，奪回盧溝橋。何基沛旅長也率部趕來增援。狡猾的日軍立即派出談判代表前來和平談判。
羣龍無首的29路軍在秦德純主持下不願事態惡化，造成嚴重衝突，簽訂了第一次停火協議。雙方商定停止射擊，同時將軍隊各向永定河東西兩岸撤退，宛平城防由河北保安部隊接替。
但蓄意逼走29路軍的日方七月十日上午派出一個步兵大隊、一個炮兵大隊趕來增援。當日下午向219團陣地猛烈炮擊，同時發起地面進攻。何基沛、吉星文依託陣地憑藉着人數和裝備優勢沉著應戰，打退日軍多次進攻，斃敵過百。
日軍意識到僅僅依靠華北駐屯軍的力量面對強硬起來的29路軍很難正面突破，遂改變戰術，向國內求援，同時釋放和平煙霧，表示願意和平解決，進行談判。
11日晚，被蔣介石嚴令返回的宋哲元從山東返抵天津。此時的宋哲元還幻想着當他的“華北王”，對日軍意圖缺乏清醒判斷，寄希望於通過談判解決衝突，並與日方簽訂了第二份停戰協定。在他看來目前日本還不至於對中國發動全面戰爭，只要我方表示出善意，做出一些讓步，局部解決爭端仍有可能，中央軍及各方勢力就沒有進駐平津的藉口。
實際上，此時少壯派軍人把持的日本政府已經做出了擴大戰爭的決策，日軍與29路軍頻繁的交涉只是緩兵之計。日方談判代表駐華副武官今井武夫少佐接到華北駐屯軍命令：“今天東京內閣會議下定重大決心，決定調動國內的三個師團和關東軍及朝鮮軍的有力部隊參與華北問題的解決。
爲了解決中國問題多年來的懸案，正是大好機會。所以，當地交涉已經沒有進行的必要，如果已經達成協定，也必須堅決撕毀。”
臨澤兵工廠內，陳海松給緊急趕來的偵察連、特戰隊200人講解了華北形勢我軍未來的作戰區域和可能的作戰方式，要求他們提前潛入華北，對以上地域進行地形勘察、繪製地圖、偵查敵情，瞭解當地民情、交通、生活狀況。佈置了不同區域後偵察連160人分批騎馬離去。
薛雲龍、王凱、趙明、王宇等40人又進行了一天的城市巷戰、冰雪嚴寒地帶特戰方法的講解訓練後佈置了新任務分兩批離去。
12日劉青山成功手術，爲賀子珍取出殘留的五塊單片。
國民政府軍事委員會情報部門在7月16日獲悉日方暗地裡調集大兵，關東軍鈴木、酒井兩旅團經熱河向北平前進，川岸師團進入山海關，向北平以南地區前進，華北駐屯軍河邊旅團，向北平以東地區前進，另由日本國內派第五師團配合海軍進攻天津。認爲戰爭擴大已不可避免。
16日蘇軍訓練營結束使命，在陳昌浩、陳海松、李特等人歡送下，攜帶全部裝備經新疆返回中亞。訓練營三千多戰士返回各自部隊。
17日，日軍談判代表提出更加苛刻的條件：要求把中方道歉人由原定的師長馮治安改爲軍長宋哲元，把處分的負責人也由團長吉星文升格爲師長馮治安，藉此故意刺激中國方面。同時指令所屬部隊準備以武力征伐第二十九路軍。
同日，日本政府向中國外交部送交一份照會，指責中國政府在中國國土上調兵遣將，形成對日本的挑釁威脅。
預感到難以善終的蔣介石在觀望了十天後順應民心，在廬山發表了陳布雷起草的《對於蘆溝橋事件之嚴正表示》談話，表示臨到最後關頭，便只有拼全民族的生命，以救國家生存。最後關頭一到，我們只有犧牲到底，抗戰到底，提出地無分南北，年不分老幼，皆有守土抗戰之責的著名的抵抗宣言。表明了國民政府對日本軍國主義挑釁的強硬態度。
18日，國民政府軍事委員會終於下達動員令，命令孫連仲、龐炳勳、商震、李默庵部增援華北，開始向周圍駐軍補充物資。而平津地區中國最高軍政長官宋哲元卻嚴令張自忠、馮治安、黃維剛等人靜待斡旋佳音，駁回他們的出擊請求。反而跑到天津與日本華北駐屯軍新任司令官香月清司會晤，希望和平解決爭端，得到日軍響應。
同日，第八路軍指揮部接到軍政部命令：第八路軍所屬部隊集結待命。第八路軍指揮部得以向遠在張掖的教導師、獨立旅下達離開防區，東進集結的命令。
19日，張掖軍民舉行隆重的抗日誓師大會，20日躍躍欲試、鬥志昂揚的教導師、獨立旅留下部分機關、後勤、醫務、輜重、兵工人員和一個團的留守部隊，向延安進發。
宋哲元在這一天趕到北平，雙方在北平簽訂第三次協議，並報請國府批准，又主動撤除北平城防。蔣介石多次電示宋哲元切勿對日軍抱有任何幻想，但軍閥思想嚴重，滿腦子地盤的宋哲元根本不予理會，不知疲倦地放下部隊作戰準備工作爲虛幻的華北和平鼓脣奔波。
張掖終於迎來第一批東北流亡學生和貧民六千多人，得到民主政府的歡迎和妥善安排，造冊登記，學生前往河西大學勞動，貧民集中食宿，軍事化管理，參加張掖建設。
張掖駐各地代表處也越來越忙，組織各地日漸增多的內遷民衆有序撤向張掖。
21日原楊虎城西北軍改編的38軍趙壽山部奉調離開陝西開往河北。周恩來每天幾次在軍事委員會追問第八路軍出征時間，各方莫衷一是。據透露，閻錫山認爲晉綏軍完全可以阻擋住日軍進攻，謝絕中央軍和地方各部力量支援山西的建議。
24日，抵達保定、滄州一線的孫連仲等增援部隊被宋哲元勸阻，到這時宋哲元還在擔心中央軍來搶他的地盤。在給蔣介石的電報中仍懇切地央求“刻下擬請均座千忍萬忍，暫時委屈求全，將北上各部隊稍爲後退，以便緩和目前，俾得完成準備。”
25日兵力火器配置到位的日軍突然進攻廊坊，38師113旅旅長劉振三奮起抵抗，因兵力懸殊，被飛機重炮擊潰，日軍佔領廊坊，戰事進一步擴大。
26日晚，中國駐屯軍司令官香月清司向宋哲元發出最後通牒，限29路軍於27日正午以前撤出北平，否則將堅決予以殲滅。宋哲元這時才明白自己被利用愚弄了，戰爭已經不可避免。追悔莫及、羞憤交加的山東大漢這次總算表現出一點血性，憤然拒絕，退回通牒。
27日，宋哲元召開軍事會議，情報不準、軍事準備不足的情況下決定在8月1日發動全面進攻，馮治安37師會同趙登禹132師主力攻豐臺、南苑，張自忠38師攻天津海光寺。然而不等他做好準備，不被陳海松知曉的隱藏在29路軍內部的漢奸當天就把他的反攻計劃傳遞給了日軍。
28日拂曉，香月清司指揮鈴木混成旅團、河邊正三旅團、機械化旅團和航空隊，自北苑、西苑、南苑一齊對北平城周圍守軍陣地發起總攻擊，對敵情一無所知的29路軍面對突然殺到的重兵集團措手不及，損失慘重，傷亡五千餘人。在南苑指揮戰鬥的副軍長佟麟閣、132師師長趙登禹壯烈殉國，陳海松滿以爲可以逃過此劫的學兵團的熱血青年幾乎全軍覆沒。
北平部分高校教師、學生在北平學工委書記蔣南翔帶領下攜帶書籍、教學儀器到達張掖，臨時安排在帳篷居住，參加校舍建設勞動，放假回家的教師、學生正從四面八方趕來。
29日凌晨仍抱着和平夢想的宋哲元留下張自忠任北平市長負責與敵斡旋，29路軍留下四個團維持治安其餘全部撤往保定，北平陷落。
原本歷史上在29日起義的冀東自治軍張慶餘、張硯田在有心人的指點下沒有貿然發動“通州起義”，繼續加緊訓練，擔負平西地區的治安任務，只是各師司令部裡增加了不少新參謀，訓練要求更加嚴格，得到日本顧問的讚賞。
30日，38師在副師長李文田率領下進攻天津，在海光寺外遭到重炮攔截和飛機轟炸，潰敗至滄州一線。天津陷落。
第二天蔣介石發表《告全體將士書》，悲壯地宣佈：“和平既然絕望，只有抗戰到底”，宣告戰爭已經全面爆發。
31日蘇聯援助的五架波2教練飛機降落在張掖機場，西路軍提前選派留下的200餘人加入新成立的第八路軍航空學校跟隨蘇聯軍官學習飛行和地勤管理。
進入八月，以輕微損失佔領平津地區的捷報大大鼓舞了惴惴不安的日本內閣，狂喜之下也激發了他們更大的野心。進一步增派援軍，把原定的作戰目標從平津地區擴大到山東、河北。兵分兩路一路沿津浦鐵路進犯，指向山東的德州；一路沿平漢鐵路進犯，指向河南的新鄉；計劃一舉殲滅保定、滄州一線幾十萬猶豫不決的中國軍隊。
8月7日，由於擔心兵力雄厚的晉綏軍威脅華北平原上的日軍側翼安全，稍作休整的板垣徵四郎第5師團和鈴木重康獨立混成第11旅團奉命向南口及其沿線長城要隘展開進攻。國軍湯恩伯部、傅作義部、劉汝明部利用險關要隘、憑着血肉之軀與擁有飛機坦克重炮的日軍展開激烈爭奪，雙方反覆衝殺，戰事異常激烈，我軍死傷慘重，陣地不斷丟失。
9日，日本關東軍參謀長剃刀將軍東條英機不甘心戰事侷限於平津地區，日本軍人以下犯上、自作主張、敢於冒險、渴望軍功偉業的傳統習慣讓他不顧內閣的作戰要求，迅速抽調關東軍部隊裝備組建察哈爾兵團，準備自北向南側擊張家口，打亂了守軍部署，使其腹背受敵，將戰火引向晉綏。
面對華北日軍咄咄逼人的攻勢，不甘心坐以待斃的蔣介石考慮在上海作戰比在遙遠的北方大平原作戰補給方便，能避開機動力佔優勢的日軍。遵照國防計劃甲案，準備集中兵力殲滅上海的三千日軍海軍陸戰隊，海軍準備堵塞江陰，全殲日軍長江艦隊，沒想到無處不在的漢奸將機密泄露，日本長江艦隊提前逃出長江口。
國軍此時急於在預設陣地內吸引消滅大量日軍，策應華北作戰，同時希望招來大國干涉。於是在華北已經開戰的情況下，自動廢除了1.28條約中國軍不能進駐上海市區的規定。8月13日，進駐虹橋機場的中國軍隊將前來偵察的日軍擊斃，戰火從海河流域擴大到了富饒發達的長江流域。
國民黨政府第二天發表了《自衛抗戰聲明書》，宣告“中國決不放棄領土之任何部分，遇有侵略，惟有實行天賦之自衛權以應之。”第九集團軍張治中指揮三個德械師向日本陸戰隊發動總攻，弱小的中國空軍首次投入作戰。
15日，日本正式宣佈組建上海派遣軍，以鬆井石根大將爲司令官，率領兩個師團的兵力開往上海增援，進一步擴大對中國的侵略戰爭。隨後的3個月裡雙方不斷增兵，國軍精銳75萬先後參戰，日軍也增兵30餘萬，展開了抗日戰爭中規模最大、戰鬥最慘烈的正面衝殺。
華北戰場也調整了作戰目標，把消滅中國華北主力部隊，擴大爲攻佔政治經濟中心地區，迅速打垮中國的抵抗意志，在三個月內滅亡中國。
15日，中共中央在洛川召開政治局擴大會議，參加這次會議的中共中央政治局委員和候補委員有張聞天、***、朱德、周恩來、博古、任弼時、陳雲、關嚮應、凱豐、彭德懷、張國燾，第八路軍各部領導劉伯承、賀龍、張浩、林彪、聶榮臻、陳昌浩、徐向前、李卓然、羅榮桓、張文彬、肖勁光、周建屏、林伯渠、陳海松、傅鍾等26人蔘加會議。張聞天主持會議。
會議一致通過了《關於目前形勢與黨的任務的決定》和***起草的宣傳提綱《爲動員一切力量爭取抗戰勝利而鬥爭》，制定了《中國共產黨抗日救國十大綱領》，決定了中國共產黨在各方面的具體政策：
一，必須堅持抗日戰爭中的無產階級領導權；加強黨對軍隊的絕對領導。
二，在敵人後方放手發動羣衆，獨立自主地廣泛開展游擊戰爭，使游擊戰爭擔負起配合國民黨正面戰場，開闢敵後戰場，建立敵後抗日根據地的戰略任務；
三，在國民黨統治區，放手發動抗日的羣衆運動，和國民黨的片面抗戰路線作鬥爭；
四，在有利於動員全國人民參加抗戰的前提下，爭取全國人民應有的政治經濟權利，以減租減息作爲抗戰時期解決農民土地問題的基本政策，大力促進根據地工商發展，積極爭取國際力量的支持，發展現代工業，壯大自身實力；
五，八路軍的具體戰略方針是獨立自主的山地游擊戰。
16日會議在基本原則一致的前提下，對八路軍出兵的時機、數量及陝甘寧留兵多少、紅軍作戰形式等問題充分交換了意見。葉劍英、陳海松結合國軍平津作戰、南口作戰的實例對國軍的防禦戰術、日軍的進攻戰術、火力配置進行了剖析，抨擊了依託陣地消極防禦的戰法，提出我軍敵後遊擊、伏擊、集中火力、近戰夜戰的基本戰術。
17日，爲加強黨對軍事工作的領導，會議決定由***、朱德、周恩來、彭德懷、任弼時、葉劍英、張浩、賀龍、劉伯承、徐向前、林彪、陳海松等12人組成新的中共中央軍事委員會，***爲主席，朱德、周恩來爲副主席。
當日晚毛主席、朱德、周恩來、彭德懷、葉劍英與陳海松密談竟夜。
東條英機率領的察哈爾突擊兵團正式得到授權，帶領四個混成旅團，動作迅猛十分強悍，面對只會陣地防禦裝備低劣的晉綏軍，沒費什麼勁就一路狂飆，攻佔張家口。
衛立煌第14集團軍奉命北上增援，日軍派第6師團第36旅團編成牛島支隊堵擊，在平西山區激烈交火，始終無法突破。
守軍面臨前後夾擊的險境，援軍遲遲不到，不得不在27日退出長城沿線陣地，撤向晉綏。綏察之前門，平津之後門，華北之咽喉，冀西之心腹的南口喪失。日軍所佔平津、熱河、察哈爾、東北連成一體，可以從容向山西、綏遠、河北、山東攻擊。
18日，南口危急、日軍進入山西的消息令閻錫山不得不放棄幻想，全力備戰，接受第八路軍進入山西幫助防守的建議。軍政部終於向第八路軍下達了出兵山西的命令。
19日，中央軍委總參謀部命令已在陝西三原集結待命的115師立即出發，120師從陝西富平縣莊裡鎮出發，129師和總部從涇陽縣雲陽鎮出發，前往韓城縣芝川鎮東渡黃河，在山西侯馬轉乘火車奔赴前線。周恩來、彭德懷、徐向前三人隨同115師先期出發，與閻錫山磋商兩軍合作抗戰的具體辦法。
集結在陝北綏德的教導師、獨立旅立即前往吳堡渡口，渡河後沿公路向太原方向挺進，與總部會合，共同作戰。。.。