中国第29军第37师第110旅第219团拒绝了日方的无理要求。日军一面因“士兵失踪”与中国方面交涉，一面部属战斗。冀察当局为了防止事态扩大，经与日方商议，双方同意协同派员前往卢沟桥调查。此时，日方声称的“失踪”士兵已归队，但隐而不报。7月8日晨5时左右，日军发动炮击，守卫卢沟桥和宛平城的第219团第3营在团长吉星文和营长金振中的指挥下奋起反击。震惊中外的卢沟桥事变爆发了。
卢沟桥事变的爆发，在全国引起强烈反响。事变的第二天，中国共产党中央委员会就通电全国，呼吁：“同胞们，平津危急！华北危急！中华民族危急！只有全民族实行抗战，才是我们的出路！”蒋介石则提出了“不屈服，不扩大”和“不求战，必抗战”的方针，并致电宋哲元等人，命令他们坚守宛平城。
日军在遭到卢沟桥守军顽强抵抗后，分别在1937年7月9日、11日、19日与冀察当局三次达成所谓的“停战协议”。
到7月25日，陆续集结平津的日军已达6万人以上。26日，日军参谋部经天皇批准，命令日本华北驻屯军向第29军发动攻击，并增调国内5个师约20万人到中国，并向华北驻屯军司令官香月清司下达正式作战任务：“负责攻打平津地区的中国军队。”7月28日上午，日军按预定计划向北平发动总攻。
驻守北平的第29军将士在各自驻地英勇抵抗。最后，第29军副军长佟麟阁、第132师师长赵登禹战死，不少军训团的学生也在战斗中牺牲。28日夜，宋哲元撤离北平，29日，北平沦陷。7月30日，天津失守。平津地方完全被日寇占领。
攻占平津后，日军的气焰十分嚣张，决定按照预订计划大规模入侵中国。他们一方面开始实行全国的战时动员，另一方面以在华北地区的30万兵力分四路向中国内地**：一路由平绥路进攻绥远省；一路由津浦路、胶济路进攻山东省；一路由平汉路进攻河南省；一路由平绥路、同浦路进攻山西省。日军所到之处，中国遍遭**。
抗战期间，蒋介石在研究军事部署。
庐山谈话
七七事变爆发后，蒋介石首先想到的还是通过外交途径解决问题。他要求外交部向日本驻华大使馆交涉，提出口头抗议；要张群起草讲和条件，并密派许世英飞往东京；要孙科和宋子文分别拜访苏、美大使馆，请求他们给予帮助，立即发表对日抗议通电。
但是外交谈判毫无结果，日本态度蛮横，不但不承认错误，反要求中国政府惩办卢沟桥肇事者。被蒋介石寄予希望的英美等国，也对日本侵华实行所谓“不干涉”的绥靖政策。美国国务卿赫尔利于7月16日向全世界62国发表了一纸空文的《和平原则十六条》，除了“维持和平”“信守国际协定”等空话外，只字不提日本的侵华战争。
在外援无望的形势下，蒋介石于1937年7月17日在庐山就卢沟桥事变及中日关系问题发表谈话，表示对日应战。这是蒋介石自九一八事变后发表的对日态度最强硬的一次外交谈话，也是第一次表明准备抗战的谈话。
在这次著名的“最后关头”演说中，蒋介石阐述了国民政府对处理卢沟桥事变及中日关系的基本原则。要点如下：
第一，中华民族是酷爱和平的。中国政府的外交政策，向来主张“对内求自存，对外求共存”，即争取国家民族的生存独立和维护世界和平。蒋介石讲道：“近两年来的对日外交，一秉此旨，向前努力，希望把过去各种轨外的乱态，统统纳入外交的正轨，去谋正当解决。”中国虽然是一个弱国，但如果临到了最后关头，便只有拼全民族的生命，以求国家民族的独立与生存。“到那时节再不容许我们中途妥协，须知中途妥协的条件，便是整个投降、整个灭亡的条件。”“最后关头一到，我们只有牺牲到底，抗战到底，唯‘牺牲到底’的决心，才能博得最后的胜利。”
第二，卢沟桥事变不是偶然发生的，而是日本侵略者处心积虑的谋划。蒋介石指出，由于卢沟桥事变的发生，日本的大规模侵略，中华民族已临至人为刀俎我为鱼肉的悲惨境地，这是世界上稍有人格的民族都无法忍受的。如果卢沟桥可以受人压迫强占，那么，“我们百年故都，北方政治文化的中心与军事重镇的北平，就要变成沈阳第二！今日之北平，若果变成昔日之沈阳，今日之冀察，亦将成为昔日的东四省。北平若可变成沈阳，南京又何尝不可变成北平！”所以说，卢沟桥事变“是关系中国国家整个的问题”，卢沟桥事变能否得以解决，就是最后关头的境界。
第三，对于日本的肆意侵略，中国政府的态度是“应战，而不是求战”。“应战，是应付最后关头不得已的办法。”蒋介石在谈话中说，“因为我们是弱国，又因为拥护和平是我们的国策，所以不可求战。我们固然是一个弱国，但不能不保持我们民族的生命，不能不负起祖宗先民所遗留给我们历史上的责任，所以到了必不得已时，我们不能不应战。”至于战端既开之后，“再没有妥协的机会，如果放弃尺寸土地与主权，便是中华民族的千古罪人！那时便只有拼全民族的生命，求我们最后的胜利。”
第四，卢沟桥事变能否扩大为中日间的全面战争，全系于日本政府的态度，全系于日本军队的行动。“在和平根本绝望之前一秒钟，我们还是希望和平的，希望由和平的外交方法，求卢事的解决。”不过，中国政府关于处理卢沟桥事变的立场是：“（一）任何解决不得侵害中国主权与领土之完整；（二）冀察行政组织不容任何不合法的改变；（三）中央政府所派地方官吏，如冀察政务委员会委员长宋哲元等，不能任人要求撤换；（四）第二十九军现在所驻地区，不能受任何约束。”
蒋介石说，上述四点立场是弱国外交的最低限度，并敦促日本政府“设身处地为东方民族作一个远大的打算，不想促成中日两国关系达于最后关头，不愿造成中日两国世代永远的仇恨，对于我们这最低限度的立场，应该不至于漠视”。警告日本侵略者，如果继续一意孤行，中日战端一开，则“地无分南北，年无分老幼，无论何人，皆有守土抗战之责任，皆应抱定牺牲一切之决心”。
“庐山谈话”确定了南京国民政府准备抗战的方针，得到全国的响应。广西李宗仁和白崇禧通电拥护国民政府的对日主张。四川的刘湘，云南的龙云也都赶去南京，参加商讨抗日大计。中国共产党也发表声明，支持蒋介石的这个谈话。从此，全国掀起了团结抗日的新**。
庐山谈话之后，南京政府于1937年8月召开国防会议，并邀请中国共产党派代表参加。8月12日，周恩来、朱德、叶剑英、邓小平等飞抵南京参加军政部谈话会，并同国民党举行谈判。中国共产党参加国防会议，并提出中国共产党关于全国抗战应实行持久战的战略方针以及应采取的作战原则的建议。
南京国防会议开得比较成功，会议决定以军事委员会为抗战最高统帅部，推蒋介石为陆海空军大元帅，不另设大本营。根据国共两党达成的协议，中国工农红军主力部队改编为国民革命军第八路军，开赴华北进行独立的对日游击战争。中共中央军委任命朱德、彭德怀为八路军正副指挥，全军编制4.5万人，下辖3个师。
8月20日，南京政府军事委员会颁布了中国军队战斗序列及作战指导计划，将全国分为五个战区：第一战区是冀省及鲁北，是主战场的正面；第二战区是晋绥察，是主战场之侧背；第三战区是苏南（长江以南）及浙江；第四战区是闽粤；第五战区是华北（长江以北）及鲁南。此时，“八一三事变”已经爆发。
经过庐山会议和南京国防会议，中国的抗战体制正式形成，抗战局面出现了新的转机。
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