日军攻占北平，扼住了平汉、平绥铁路，然后以北平、山海关和唐山的兵力夹击驻守天津之第38师。天津形势危如累卵，十分险急。
天津是日本华北驻屯军司令部所在地，平日驻有日军河边旅团步兵第2联队、独立炮兵联队及战车、骑兵、工兵、化学各一个中队，驻屯军空军大部也集中在天津。七七事变爆发以来，日军相继控制了天津的海路和陆路交通，驻塘沽的日军千余人占领了塘沽码头，驻天津日军则占领了天津火车总站和东站。日军大量增兵天津，除步、炮兵外，还有大批飞机，“截至27日，津市共停日机60余架”，28日下午4时，又有日军临时航空兵团飞机“百余架抵津东局子机场”。另外，日军还不分昼夜地进行侵占天津的战术演习，从25日起，已发展到演习巷战，到27日，日租界实行戒严。
此时，驻天津的中国部队不仅同北平失去了联系，且在数量上亦处劣势。天津市内及郊区只有第38师手枪团1000余人，独立第26旅的两个团约3000人，天津保安队3个中队和武装警察约1500人，共计5500余人。天津上空密布的战云使中国守军决定主动出击。他们在副师长李文田的率领下，于28日凌晨1时向日军发起攻击。由于中国军队主动出击，日军仓惶应战，战役之初的几个小时，中国军队打得很顺利，相继收复了天津东站和总站、北宁铁路总局。在东局子机场和海光寺战斗中，中国军队也给予日军以严重打击。中国军队的突然进攻，完全打乱了日军的部署。日军料所不及，仓惶应战，处境极为不佳。日本驻津总领事给日本驻北平大使馆的电报承认，“由于中国方面的攻击，我方处于极为危惧的状态”。(天津《益世报》，1937年7月29日。)
29日凌晨2时起，日军分四路出动，大举进攻天津市区。李文田与副指挥刘家湾、天津市府秘书长马彦发出联名通电：“自卢案发生，日本无端分别袭击平郊各处外，并于今日晨复强占我特别四分区，分别袭击各处，我方为国家民族图生存……誓与津市共存亡，喋血抗战，义无反顾。”(天津《益世报》，1937年7月29日。)38师及天津保安队奋勇抵抗，并对日租界实施包围，大举反攻。经反复争夺，中国军队终于攻入日租界，并从大和街、旭街、福岛街三个方面包围了日军守备部队。在中国军队的攻击下，日军“已完全陷入危急状态”，租界内实行非常戒严，连日本侨民也被组织成“义勇队”，准备作困兽之斗。与此同时。中日两军在天津总站、飞机场、华北驻屯军司令部等处激战，战斗非常激烈。