8日寇因为在热河战役中，赢得实在是太轻松了，因此认为中国无人，不等大部队集结，直接宣布日军先头兵，占领承德第8师团第16旅团不作修整，直接进攻长城古北口，古北口距离承德只有100公里，距离北平也不过150公里，可以说是北平的最后一道屏障！更令人绝望的是，因为热河陷落太快，导致古北口还没来得及进行兵力部署。
古北口的屏障叫长山峪，距离长山峪最近的一支部队，便是东北军67军第107师，师长张政枋，何应钦由此急调张政枋部驻守长山峪，这个部队可有说头，他的前身便是在九一八当夜，因不抵抗政策被数百日本兵俘虏的东北军第七旅，当时的旅长王以哲日后升任67军军长，张政枋接任，日本人攻占热河后，国民政府为了壮大声势，将所有旅部升为师部，张作枋由此成为107师师长，自抗日战争爆发以来，这支部队遭受的谩骂侮辱不亚于他们的少帅张学良，因此全军都憋着一股气，誓要雪耻，张政枋把手下两个团分别驻守高地，居高临下，死战不退，与热河溃逃的东北军简直是云泥之别。
王以哲军长亲临前线鼓舞士气，107师在长山峪与武器装备和人数都优于自己的日军血战三日，以肉身之躯抵挡日军进攻的脚步，整整三日，日军始终未能突破阵地，第三日，日军主力到达，同时古北口部队67军，17军集结完毕，并完成布防，损失惨重的107师撤退至古北口设防，这一战，107师毙敌千人，自身只伤亡了五百余人，直接刷新了日军对东北军的印象！
因为有107师的浴血奋战，抵挡了日寇进攻的脚步，从而给中国军队在古北口的集结赢得了时间，但是就在日军占领承德的当天，也就是3月4日，日军第14旅团米山先遣队在追击万福麟的溃军途中，直接占领了长城的另外一处重要关隘——冷口，冷口地势险要，易守难攻，要夺回来殊为不易，3月7日，北平军分会命令第32军军长商震收复冷口，商震把这个任务交给了下辖的139师，师长黄光华，黄光华跟张政枋一样，部队也是临时由旅扩编成师，虽然编制上去了，但实际人数还是只有四千余人。
3月8日，黄光华率部突袭冷口，日军万万没有想到中国军队竟然敢主动进攻，因此准备不足，战斗仅仅持续了两个小时就结束了，日寇丢下三四百具尸体仓皇逃出冷口，黄光华成功收复失陷了四天的冷口，该战是九一八事变之后，中国第一次进攻战，值得一提的是，因为冷口地质多石，且十分坚固，黄光华一度为如何挖掘工事而发愁，但是当地的百姓展现了极高的抗日热情，不仅出壮丁，更是积极捐款捐物，成立铁匠部专门打造挖战壕所用的铁镐，铁锹等工具，有些村民甚至都把饭盒，炊具，铁锅，农具都扔进了熔炉打造铁器，更有甚者把家里的门板，棺材，床板都拿出来填地，在此后139师与日寇的激战中，这套完备且坚硬的防御工事出了大力，也是139师能与日寇血战一个月的有利基础和保障。
3月9日，日军主力进攻喜峰口，驻扎在喜峰口是第29军，军长宋哲元，这支部队以前是冯玉祥的西北军，也就是蒋介石嘴里的“杂牌军”，全军共计4.9万人，人数虽然相比于中央军多了一倍，但西北军的武器装备十分落后，全军山炮不过十余门，重机枪不过百挺，就连轻机枪，每个连队才能分到两挺，武器弹药也十分有限，虽然装备差，但西北军的战士有着西北狼的彪悍性格，战斗意志很强，且全军最显著的特点，便是每名战士的身后都背着一张大刀片子，早在中原大战时，西北军的大刀队便全国闻名，战前，宋哲元发布全军告书——宁为战死鬼，不做亡国奴！
喜峰口其实是有两个防御阵地，除了喜峰口之外，还有一个叫罗文裕的洼地，宋哲元麾下一共四个师，主力师为第132师，师长赵登禹部署在喜峰口布防，其他三个师第37师，师长冯治安，第38师师长张自忠，第143师师长刘汝明部署罗文裕布防，张自忠，冯治安为罗文裕前线总指挥和副总指挥。
宋哲元，副军长秦德纯，师旅长赵登禹与113旅旅长佟泽光率部与日寇血战两日，因我部武器的射程远落后于日寇，但人数是日寇的数倍，因此西北军的战术是放日寇进工事，与日寇进行白刃战！以命换命！日寇强攻两日，未能前进一步！日军不得不暂时休战，3月11日凌晨三点，赵登禹命全旅四个团全部背上大刀，夜袭日寇军营，狂妄的日寇万万没有想到，白天被自己火力压制得抬不起头的中国士兵，竟然还有胆子夜袭日军大营！
很多鬼子还在睡梦之中就稀里糊涂成为了刀下亡魂，赵登禹，佟泽光两位旅长，王长海，董升堂两位团长均是身先士卒，奋勇杀敌，日军大营顿时哭声喊声一片，只顾四散逃命，29军的战士很多都把刀刃砍卷了，这一战直接毙敌一千多日寇（另一说3000多人，还有一说5000余人），29军大刀队一夜之间名扬海外！后来在1937年7月，正逢七七事变之时，作曲家麦新为鼓舞全国人民抗日士气，以29军夜袭日寇军营这段历史为基础，创作出了传世之作《大刀向鬼子们的头上砍去！》
日军与29军在喜峰口血战七天七夜，除了丢下6000多具尸体，没有讨到任何便宜，与此同时，在喜峰口的侧翼罗文裕，张自忠，刘汝明，冯治安率领三个师也与日寇也展开了激烈的交战，张自忠的部队是出了名的打仗不怕死，而刘汝明在当时是被称为“西北军最能防的将军”，中原大战就是刘汝明一军驻扎长城南口，抵挡直军奉军两路人马的夹攻，一战成名，在罗文裕的战斗中，刘汝明坐镇罗文裕，张自忠和冯治安一左一右相互出击，打退日军大小三十多次进攻，毙敌三千余人，但西北军的代价同样惨烈，王春生营长牺牲，李曾志团长重伤，李曾志团长后被抢救了回来，但是在1942年枪伤复发，未得到及时医治，牺牲于前线。
喜峰口战役，是日寇此前所遭遇到的最顽强的抵抗，日寇穷奇所有，至长城抗战结束也未能突破喜峰口防线，这一战改变了日本对中国军人的观念，日本《朝日新闻》惊呼：“皇军名誉尽丧于喜峰口外……而遭受60年来未有之侮辱。”
要说长城三防中，打得最惨烈的隘口，当属北古口，古北口较于冷口和喜峰口，地形更加开阔，更适合大兵团作战，对于拥有绝对重型火力的日军有着绝对利好，3月10日，日军主力进攻古北口，先是飞机投弹和远程重炮对着我军阵地犁了三四遍地，随后日军步兵倾巢而出。
古北口设置了两道防线，第一道由67军112师师长张廷枢设防，第二道由第25师师长关麟征驻守，张廷枢率部与日寇血战四昼夜，112师635团团长白玉麟被炮弹击中，壮烈殉国，白玉麟是张廷枢在东北讲武堂的同学，张廷枢闻白玉麟牺牲，大哭不已，112师损失惨重不得不退出战斗，第一道防御被攻破，关麟征率领25师孤军死守古北口。
25师145团团长戴安澜重伤，团副孙殿甲被炸断腿，149团团长王润波被日军炮弹重伤，拒绝后撤，最终血尽而亡，师长关麟征亲率特务连奔赴前线，被日军炸伤五处，几成血人仍大呼杀敌，被抬下战场之后，由副师长杜聿明接替指挥，三个昼夜，25师消灭日寇两千余人，自己也损失达到了70%，伤亡过于惨重，杜聿明下令全师撤出古北口，转而死守北平屏障南天门，之后刘戡的第83师，黄杰率第2师前来支援，与25师一道在南天门血战日寇两个多月，日军伤亡五千余人，中方伤亡更多，古北口之战，是长城抗战之中时间最长的也是战况最为惨烈的。
中国与日寇在长城的冷口，喜峰口，古北口血战一个多月，双方伤亡都十分惨重，日寇转而进攻冀东，驻守冀东的是五十七军军长何柱国，同样没有给日本人便宜，4月11日，驻守于冷口西关城的郭维藩721团伤亡殆尽，日寇趁机突破关口，商震面临前后夹击的危险，无奈之下，商震只能率军撤退，冷口一失，喜峰口和古北口也无固守的必要，只能无奈撤退，轰轰烈烈的长城抗战结束。
值得一提的是，在古北口部队的撤退途中，145团戴安澜部位于帽儿山的一座观察哨的七名战士，因为电话线被炸断，导致没有接到撤退命令，七名战士遂坚守阵地，在日寇追击我部之时突然出击，杀伤了大批敌寇，日军不知道有几人作战，一度以为是掩护大部队撤退的辅助军，随后调来飞机对帽儿山进行地毯式轰炸，7名战士依靠仅有的一挺轻机枪，七杆步枪以及手雷，手榴弹和简易工事以及有利地形，打退了日军三波进攻，毙敌160人，伤两百多人，子弹打完了，就用木棒，石块与日军搏斗，最终全部牺牲，日军冲上山头惊讶的发现与他们两千多人周旋了两个多小时的，竟然只有七个人！深深被折服的日寇下令厚葬这七名勇士，并竖木牌——支那七勇士之墓，并在墓前鞠躬致敬。2020年9月2日，古北口长城抗战七勇士入选第三批著名抗日英烈、英雄群体名录。
虽然日军突破了长城防线，但是在长城冷口，喜峰口以及古北口持续一个多月的高强度战争有效地杀伤了大批日寇，日本军队势力大挫，同时日本以及国际上的英法美等列强也看见了中国不屈服，不投降的决心和信心！
日寇突破长城防线之后，北平面临着巨大的威胁，何应钦急掉傅作义的59军驻扎在距离北平不足十公里的牛栏山，5月22日，牛栏山战斗正式打响，傅作义部为晋绥军，武器装备比西北军的29军好不了多少，为了减少日寇飞机大炮的优势，傅作义决定效仿29军，与日寇进行白刃战，先后激战15个小时，傅作义军阵亡367人，伤600余人，日寇死伤也有七百多人，不过此时的北平已经三面被围，其他部队也在前线作战，蒋介石为了搅共，明确表示不会再有增援部队，北平已经十分危险。
