应钦见冀东前方的第五十七军何柱国部处境危险，下令何军撤回到滦河一线。当时舆论不知内情，为之哗然，指责何应钦不该轻弃土地。冀东的战斗首先从日军攻打并占领沙河寨与石门寨开始，第五十七军在海阳镇与2000多名日军反复争夺，失而复得多次，直战至4月3日才被迫放弃。7日，何柱国指挥所部在汤河一线集中兵力全线反攻，部队在炮火掩护下收复了海阳镇，然后继续向前推进，日军不支向后退却。日军交战后知道冀东不易轻取，便从冷口等地进军，威胁何柱国军侧背。在何军反攻刚有进展时，日军占领了冷口，商震部向滦河两岸撤退，冀东战线全线动摇。恰在此时，日本军部不赞同关东军超越长城线在冀东作战，于是冀东日军开始后撤，大部分退至长城各口附近。

    日本军部与关东军已经考虑如何占据有利的形势停战，关东军参谋长小矶国昭在东京建议关东军越过长城一线作战，得到了日本天皇的批准。日军从长城与冀东各方面展开全面进攻，摆出对平津志在必得的架式，以诱使中方签订城下之盟。

    中国军队经过长时间的战斗，已经消耗很大，在日军的强攻下已呈不支之势。5月21日北平军分会召开各军将领会议，未有结果，只决定由徐庭瑶任北平城防司令，军政首脑机关做好撤出北平的准备。当日军占领密云、通县等地后，北平三面受围。何应钦急调傅作义部第五十九军由昌平进入怀柔，阻击南下日军，保卫北平的北大门。傅作义在1927年北伐战争中曾因以孤军固守涿州88天而闻名全国。他治军极严格，接到命令后，率部以每小时10公里的速度飞速赶到昌平后，在怀柔以西从古北口至北平的大路上修筑防御工事。

    从5月21日起，日军先头部队进攻傅军阵地，被击退。两天后，日军第八师团主力赶到，一边在正面进攻，同时还迂回包围傅军阵地，傅军则以近战的方式减少日军重武器的威力。双方在牛栏山下展开恶战，一时杀声震天，血肉横飞。傅军阵地上有的全连被日军飞机和炮火炸死，有的连仅剩数十人把守，这些尚存的战士有的袒臂跳出战壕肉搏杀敌，有的携带10多颗手榴弹伏在外壕里，一人独自炸死日军数十人。傅作义急调孙兰峰旅长率总预备队增援，战至晚上，傅军已与日军连续战斗了15个小时。战事正酣，傅作义得到何应钦连续3次电话通知停战的命令，还派人送来他的手令，傅作义这才下令全军向高丽营撤退。第二天，日本随军记者在观察傅军阵地后，向国内报道：“敌人所筑的俄国式的阵地，实有相当的价值。且在坚硬的岩石中掘成良好的战壕，殊令人惊叹！战壕中的尸体，有的不过十六七岁，也有的很像学生，青年人的战斗狂热可以想见了。”怀柔一战，日军死伤700多人，傅军也阵亡367人，受伤500多人，这一仗成了长城战役中的最后一场恶战。傅作义为纪念所部阵亡将士，后来在归绥附近的大青山建立起阵亡将士纪念碑，请北京大学教授胡适撰写碑文，由钱玄同书写。碑铭中写道：“这里长眠的是三百六十七个中国好男子！他们把他们的生命献给了他们的祖国！我们和我们的子孙来这里凭吊敬礼的，要想想我们应该用什么报答他们的血！”

    早在3月22日，长城战事方酣时，蒋介石曾秘密来到北平，在居仁堂召开军事会议，他对与会将领们说，要以现有兵力抵抗，不能希望再增加援助。

    4月下旬，中国军队已经损失严重，而且没有后续兵力，日军当时已经准备撤退，便以战迫和，中方不知道日方意图，担心平津有失，何应钦托北京大学校长蒋梦麟请英国大使兰浦生出面安排中、日间的停战谈判。蒋介石请他的义兄黄郛出面与日方联系。

    4月24日，蒋介石在南昌与黄郛会晤，黄郛内定为行政院驻平政务整理委员会委员长，负责主持与日本进行交涉和停战谈判的任务。