日军占领平津，遭到中国军队的顽强抗击，也激起了中国人的抗日热情。日本内部再次对战争前途发生分歧，“温和派”认应限制战争规模，否则日本将陷入一场旷日持久的全面战争之不能自拔，而“强硬派”则狂妄地断言，中国不堪一击，可在“三个月灭亡中国”。结果，“强硬派”的主张占了上风，日本遂调集大军对华作战，走上了全面战争的道路。
日军所以断言能在3个月内结束战事，基本判断是在此期能以重兵歼灭中国军队的精锐，攻占政治经济中心地区，因而采取了“速战速决”战略，南北两个战场同时开战，沿铁路线长驱直入，夺取具有战略影响力的中心城市，并乘机消灭中国的主力部队。为加强华北日军的力量，先后从国内紧急动员了第5、第6和第10共3个师团赶赴华北增援，企图以大兵压境之势沿平汉线、津浦线快速南下，与中国部署在平津以南的部队进行决战，“将其击败后进入保定、独流镇一线”，(《日本军国主义侵华资料长编——(大本营陆军部)摘译》(上)，第339页，四川人民出版社1987年4月版。)再伺机南下与华中日军会合。平绥线方面，日军原只计划派独立混成第11旅团集结在南口和北平之间，监视该方向中国军队的动向，视情况变化占领南口，以保证平汉线作战时的右翼安全。最初，关东军曾数次要求进攻平绥线，以彻底安定华北，“巩固满洲国的基础”，被陆军部以“并非当前之急务”为由加以否决。(《日本军国主义侵华资料长编——(大本营陆军部)摘译》(上)，第339页，四川人民出版社1987年4月版。)
平绥线是连接华北西北的大动脉，该线上的南口是阻止战火燃到山西的屏障，又可予平津日军以威胁。张家口是西北重镇，中国方面预计日军会沿平绥线西犯，故对此线的防卫颇为重视，蒋介石在7月30日致电绥远省主席傅作义，对局势作如下分析：“平汉线与津浦线之正面作战，若不从察绥方面向敌侧背攻击，则战无了局。”(《蒋介石致傅作义电》(1937年7月30日)，载《作战经过(二)》，第80页。)次日，他连发数次电报，布置察省防务。他令第13军军长汤恩伯、第17军军长高桂滋急速率部入察，协助察哈尔省主席、第68军军长刘汝明准备平绥线的作战，电称“俾部队一到，即可随时进入阵地作工，不致废时，总须我部队阵地深沟宽壕，使敌骑与唐(坦)克不能侵入阵地”;(《蒋介石致毛恕可电》(1937年7月31日)，载《作战经过(二)》，第96页。)命令刘汝明“从速将平绥线青龙桥、八达岭等处各要点铁路炸毁，勿使敌利用。”(《蒋介石致刘汝明电》(1937年7月31日)，载《作战经过(二)》，第97页。)8月1日，蒋介石命令组成第7集团军，从绥远和山西增援平绥线，委傅作义为总司令、汤恩伯为前敌总指挥。
8月初，日军独立混成第11旅团向南口附近开进，由于沿途洪水暴发，日军行动稍缓，使中国军队有了少许构筑工事的时间。8月8日，日军千余人在重炮掩护下进攻南口，中国士兵凭险抗击，展开激战。日军采用了多点攻击战术：除第11旅团主攻南口外，第5师团一部绕出南口背后的居庸关、镇边城等处;关东军的察哈尔派遣兵团经张北直攻张家口;大井支队从北方扑向延庆;另有伪蒙军在商都一带频繁活动，牵制中国骑兵第1军，其目的是要截断平绥线，各个击破中国军队，迅速结束该方面战事，保证津浦、平汉线作战的顺利展开。
日军8日的进攻被击退后，重新调整部署，于12日拂晓发动了更大规模的攻势，当天，5千日军在飞机、坦克、重炮掩护之下。同时向南口及其附近的得胜口、虎峪村、苏林口一线阵地全面进攻，中国守军顶着猛烈的炮火，顽强战斗，在敌人重点攻击的南口阵地，中国士兵身陷焦土，在残缺不全的工事中作战，誓死不退。日军凭着强大火力，一度冲入南口镇，但当晚中方即组织逆袭，成功地将敌人驱出，守住了南口，此役中日双方各伤亡500余人。