陈海松打马扬鞭驰骋在张掖各地进行最后准备时，北平和全国的局势一天天恶劣起来。
事变的第二天双方激烈交火，29军37师219团在团长吉星文指挥下组织还击，夺回卢沟桥。何基沛旅长也率部赶来增援。狡猾的日军立即派出谈判代表前来和平谈判。
群龙无首的29路军在秦德纯主持下不愿事态恶化，造成严重冲突，签订了第一次停火协议。双方商定停止射击，同时将军队各向永定河东西两岸撤退，宛平城防由河北保安部队接替。
但蓄意逼走29路军的日方七月十日上午派出一个步兵大队、一个炮兵大队赶来增援。当日下午向219团阵地猛烈炮击，同时发起地面进攻。何基沛、吉星文依托阵地凭借着人数和装备优势沉著应战，打退日军多次进攻，毙敌过百。
日军意识到仅仅依靠华北驻屯军的力量面对强硬起来的29路军很难正面突破，遂改变战术，向国内求援，同时释放和平烟雾，表示愿意和平解决，进行谈判。
11日晚，被蒋介石严令返回的宋哲元从山东返抵天津。此时的宋哲元还幻想着当他的“华北王”，对日军意图缺乏清醒判断，寄希望于通过谈判解决冲突，并与日方签订了第二份停战协定。在他看来目前日本还不至于对中国发动全面战争，只要我方表示出善意，做出一些让步，局部解决争端仍有可能，中央军及各方势力就没有进驻平津的借口。
实际上，此时少壮派军人把持的日本政府已经做出了扩大战争的决策，日军与29路军频繁的交涉只是缓兵之计。日方谈判代表驻华副武官今井武夫少佐接到华北驻屯军命令：“今天东京内阁会议下定重大决心，决定调动国内的三个师团和关东军及朝鲜军的有力部队参与华北问题的解决。
为了解决中国问题多年来的悬案，正是大好机会。所以，当地交涉已经没有进行的必要，如果已经达成协定，也必须坚决撕毁。”
临泽兵工厂内，陈海松给紧急赶来的侦察连、特战队200人讲解了华北形势我军未来的作战区域和可能的作战方式，要求他们提前潜入华北，对以上地域进行地形勘察、绘制地图、侦查敌情，了解当地民情、交通、生活状况。布置了不同区域后侦察连160人分批骑马离去。
薛云龙、王凯、赵明、王宇等40人又进行了一天的城市巷战、冰雪严寒地带特战方法的讲解训练后布置了新任务分两批离去。
12日刘青山成功手术，为贺子珍取出残留的五块单片。
国民政府军事委员会情报部门在7月16日获悉日方暗地里调集大兵，关东军铃木、酒井两旅团经热河向北平前进，川岸师团进入山海关，向北平以南地区前进，华北驻屯军河边旅团，向北平以东地区前进，另由日本国内派第五师团配合海军进攻天津。认为战争扩大已不可避免。
16日苏军训练营结束使命，在陈昌浩、陈海松、李特等人欢送下，携带全部装备经新疆返回中亚。训练营三千多战士返回各自部队。
17日，日军谈判代表提出更加苛刻的条件：要求把中方道歉人由原定的师长冯治安改为军长宋哲元，把处分的负责人也由团长吉星文升格为师长冯治安，借此故意刺激中国方面。同时指令所属部队准备以武力征伐第二十九路军。
同日，日本政府向中国外交部送交一份照会，指责中国政府在中国国土上调兵遣将，形成对日本的挑衅威胁。
预感到难以善终的蒋介石在观望了十天后顺应民心，在庐山发表了陈布雷起草的《对于芦沟桥事件之严正表示》谈话，表示临到最后关头，便只有拼全民族的生命，以救国家生存。最后关头一到，我们只有牺牲到底，抗战到底，提出地无分南北，年不分老幼，皆有守土抗战之责的著名的抵抗宣言。表明了国民政府对日本军国主义挑衅的强硬态度。
18日，国民政府军事委员会终于下达动员令，命令孙连仲、庞炳勋、商震、李默庵部增援华北，开始向周围驻军补充物资。而平津地区中国最高军政长官宋哲元却严令张自忠、冯治安、黄维刚等人静待斡旋佳音，驳回他们的出击请求。反而跑到天津与日本华北驻屯军新任司令官香月清司会晤，希望和平解决争端，得到日军响应。
同日，第八路军指挥部接到军政部命令：第八路军所属部队集结待命。第八路军指挥部得以向远在张掖的教导师、独立旅下达离开防区，东进集结的命令。
19日，张掖军民举行隆重的抗日誓师大会，20日跃跃欲试、斗志昂扬的教导师、独立旅留下部分机关、后勤、医务、辎重、兵工人员和一个团的留守部队，向延安进发。
宋哲元在这一天赶到北平，双方在北平签订第三次协议，并报请国府批准，又主动撤除北平城防。蒋介石多次电示宋哲元切勿对日军抱有任何幻想，但军阀思想严重，满脑子地盘的宋哲元根本不予理会，不知疲倦地放下部队作战准备工作为虚幻的华北和平鼓唇奔波。
张掖终于迎来第一批东北流亡学生和贫民六千多人，得到民主政府的欢迎和妥善安排，造册登记，学生前往河西大学劳动，贫民集中食宿，军事化管理，参加张掖建设。
张掖驻各地代表处也越来越忙，组织各地日渐增多的内迁民众有序撤向张掖。
21日原杨虎城西北军改编的38军赵寿山部奉调离开陕西开往河北。周恩来每天几次在军事委员会追问第八路军出征时间，各方莫衷一是。据透露，阎锡山认为晋绥军完全可以阻挡住日军进攻，谢绝中央军和地方各部力量支援山西的建议。
24日，抵达保定、沧州一线的孙连仲等增援部队被宋哲元劝阻，到这时宋哲元还在担心中央军来抢他的地盘。在给蒋介石的电报中仍恳切地央求“刻下拟请均座千忍万忍，暂时委屈求全，将北上各部队稍为后退，以便缓和目前，俾得完成准备。”
25日兵力火器配置到位的日军突然进攻廊坊，38师113旅旅长刘振三奋起抵抗，因兵力悬殊，被飞机重炮击溃，日军占领廊坊，战事进一步扩大。
26日晚，中国驻屯军司令官香月清司向宋哲元发出最后通牒，限29路军于27日正午以前撤出北平，否则将坚决予以歼灭。宋哲元这时才明白自己被利用愚弄了，战争已经不可避免。追悔莫及、羞愤交加的山东大汉这次总算表现出一点血性，愤然拒绝，退回通牒。
27日，宋哲元召开军事会议，情报不准、军事准备不足的情况下决定在8月1日发动全面进攻，冯治安37师会同赵登禹132师主力攻丰台、南苑，张自忠38师攻天津海光寺。然而不等他做好准备，不被陈海松知晓的隐藏在29路军内部的汉奸当天就把他的反攻计划传递给了日军。
28日拂晓，香月清司指挥铃木混成旅团、河边正三旅团、机械化旅团和航空队，自北苑、西苑、南苑一齐对北平城周围守军阵地发起总攻击，对敌情一无所知的29路军面对突然杀到的重兵集团措手不及，损失惨重，伤亡五千余人。在南苑指挥战斗的副军长佟麟阁、132师师长赵登禹壮烈殉国，陈海松满以为可以逃过此劫的学兵团的热血青年几乎全军覆没。
北平部分高校教师、学生在北平学工委书记蒋南翔带领下携带书籍、教学仪器到达张掖，临时安排在帐篷居住，参加校舍建设劳动，放假回家的教师、学生正从四面八方赶来。
29日凌晨仍抱着和平梦想的宋哲元留下张自忠任北平市长负责与敌斡旋，29路军留下四个团维持治安其余全部撤往保定，北平陷落。
原本历史上在29日起义的冀东自治军张庆余、张砚田在有心人的指点下没有贸然发动“通州起义”，继续加紧训练，担负平西地区的治安任务，只是各师司令部里增加了不少新参谋，训练要求更加严格，得到日本顾问的赞赏。
30日，38师在副师长李文田率领下进攻天津，在海光寺外遭到重炮拦截和飞机轰炸，溃败至沧州一线。天津陷落。
第二天蒋介石发表《告全体将士书》，悲壮地宣布：“和平既然绝望，只有抗战到底”，宣告战争已经全面爆发。
31日苏联援助的五架波2教练飞机降落在张掖机场，西路军提前选派留下的200余人加入新成立的第八路军航空学校跟随苏联军官学习飞行和地勤管理。
进入八月，以轻微损失占领平津地区的捷报大大鼓舞了惴惴不安的日本内阁，狂喜之下也激发了他们更大的野心。进一步增派援军，把原定的作战目标从平津地区扩大到山东、河北。兵分两路一路沿津浦铁路进犯，指向山东的德州；一路沿平汉铁路进犯，指向河南的新乡；计划一举歼灭保定、沧州一线几十万犹豫不决的中国军队。
8月7日，由于担心兵力雄厚的晋绥军威胁华北平原上的日军侧翼安全，稍作休整的板垣征四郎第5师团和铃木重康独立混成第11旅团奉命向南口及其沿线长城要隘展开进攻。国军汤恩伯部、傅作义部、刘汝明部利用险关要隘、凭着血肉之躯与拥有飞机坦克重炮的日军展开激烈争夺，双方反复冲杀，战事异常激烈，我军死伤惨重，阵地不断丢失。
9日，日本关东军参谋长剃刀将军东条英机不甘心战事局限于平津地区，日本军人以下犯上、自作主张、敢于冒险、渴望军功伟业的传统习惯让他不顾内阁的作战要求，迅速抽调关东军部队装备组建察哈尔兵团，准备自北向南侧击张家口，打乱了守军部署，使其腹背受敌，将战火引向晋绥。
面对华北日军咄咄逼人的攻势，不甘心坐以待毙的蒋介石考虑在上海作战比在遥远的北方大平原作战补给方便，能避开机动力占优势的日军。遵照国防计划甲案，准备集中兵力歼灭上海的三千日军海军陆战队，海军准备堵塞江阴，全歼日军长江舰队，没想到无处不在的汉奸将机密泄露，日本长江舰队提前逃出长江口。
国军此时急于在预设阵地内吸引消灭大量日军，策应华北作战，同时希望招来大国干涉。于是在华北已经开战的情况下，自动废除了1.28条约中国军不能进驻上海市区的规定。8月13日，进驻虹桥机场的中国军队将前来侦察的日军击毙，战火从海河流域扩大到了富饶发达的长江流域。
国民党政府第二天发表了《自卫抗战声明书》，宣告“中国决不放弃领土之任何部分，遇有侵略，惟有实行天赋之自卫权以应之。”第九集团军张治中指挥三个德械师向日本陆战队发动总攻，弱小的中国空军首次投入作战。
15日，日本正式宣布组建上海派遣军，以松井石根大将为司令官，率领两个师团的兵力开往上海增援，进一步扩大对中国的侵略战争。随后的3个月里双方不断增兵，国军精锐75万先后参战，日军也增兵30余万，展开了抗日战争中规模最大、战斗最惨烈的正面冲杀。
华北战场也调整了作战目标，把消灭中国华北主力部队，扩大为攻占政治经济中心地区，迅速打垮中国的抵抗意志，在三个月内灭亡中国。
15日，中共中央在洛川召开政治局扩大会议，参加这次会议的中共中央政治局委员和候补委员有张闻天、***、朱德、周恩来、博古、任弼时、陈云、关向应、凯丰、彭德怀、张国焘，第八路军各部领导刘伯承、贺龙、张浩、林彪、聂荣臻、陈昌浩、徐向前、李卓然、罗荣桓、张文彬、肖劲光、周建屏、林伯渠、陈海松、傅钟等26人参加会议。张闻天主持会议。
会议一致通过了《关于目前形势与党的任务的决定》和***起草的宣传提纲《为动员一切力量争取抗战胜利而斗争》，制定了《中国共产党抗日救国十大纲领》，决定了中国共产党在各方面的具体政策：
一，必须坚持抗日战争中的无产阶级领导权；加强党对军队的绝对领导。
二，在敌人后方放手发动群众，独立自主地广泛开展游击战争，使游击战争担负起配合国民党正面战场，开辟敌后战场，建立敌后抗日根据地的战略任务；
三，在国民党统治区，放手发动抗日的群众运动，和国民党的片面抗战路线作斗争；
四，在有利于动员全国人民参加抗战的前提下，争取全国人民应有的政治经济权利，以减租减息作为抗战时期解决农民土地问题的基本政策，大力促进根据地工商发展，积极争取国际力量的支持，发展现代工业，壮大自身实力；
五，八路军的具体战略方针是独立自主的山地游击战。
16日会议在基本原则一致的前提下，对八路军出兵的时机、数量及陕甘宁留兵多少、红军作战形式等问题充分交换了意见。叶剑英、陈海松结合国军平津作战、南口作战的实例对国军的防御战术、日军的进攻战术、火力配置进行了剖析，抨击了依托阵地消极防御的战法，提出我军敌后游击、伏击、集中火力、近战夜战的基本战术。
17日，为加强党对军事工作的领导，会议决定由***、朱德、周恩来、彭德怀、任弼时、叶剑英、张浩、贺龙、刘伯承、徐向前、林彪、陈海松等12人组成新的中共中央军事委员会，***为主席，朱德、周恩来为副主席。
当日晚毛主席、朱德、周恩来、彭德怀、叶剑英与陈海松密谈竟夜。
东条英机率领的察哈尔突击兵团正式得到授权，带领四个混成旅团，动作迅猛十分强悍，面对只会阵地防御装备低劣的晋绥军，没费什么劲就一路狂飙，攻占张家口。
卫立煌第14集团军奉命北上增援，日军派第6师团第36旅团编成牛岛支队堵击，在平西山区激烈交火，始终无法突破。
守军面临前后夹击的险境，援军迟迟不到，不得不在27日退出长城沿线阵地，撤向晋绥。绥察之前门，平津之后门，华北之咽喉，冀西之心腹的南口丧失。日军所占平津、热河、察哈尔、东北连成一体，可以从容向山西、绥远、河北、山东攻击。
18日，南口危急、日军进入山西的消息令阎锡山不得不放弃幻想，全力备战，接受第八路军进入山西帮助防守的建议。军政部终于向第八路军下达了出兵山西的命令。
19日，中央军委总参谋部命令已在陕西三原集结待命的115师立即出发，120师从陕西富平县庄里镇出发，129师和总部从泾阳县云阳镇出发，前往韩城县芝川镇东渡黄河，在山西侯马转乘火车奔赴前线。周恩来、彭德怀、徐向前三人随同115师先期出发，与阎锡山磋商两军合作抗战的具体办法。
集结在陕北绥德的教导师、独立旅立即前往吴堡渡口，渡河后沿公路向太原方向挺进，与总部会合，共同作战。。.。