东条英机趁着中国主力在南口与日军打的难解难分之际，率领察哈尔派遣兵团，由北面直插察哈尔省会张家口，张家口告急，中国守军只能分兵救援张家口。

日军第五师团等部，随即对南口中国守军发动全面总攻。援军受阻，再加上一部回援张家口，使得南口防线兵力空虚，在日军的猛烈攻势下，多处主要阵地先后被日军突破。

激烈的战斗持续到了8月26日，伤亡惨重的中国守军，只能被迫撤退。同日日军第五师团占领怀来，27日日军独立第11混成旅团占领延庆，同日日本关东军占领察哈尔省会张家口。

此战，历时19日，中国方面投入兵力6万余人，日军动用兵力约有7万，中国军队伤亡人。日军伤亡据日方统计：第5师团阵亡1431人（其中非战斗死亡173人），加上独立混成第11旅团等部队的损失，日军死亡约2000人。以1:4的伤亡比来算，日军伤亡约1万人。

南口战役虽然失败了，但中国守军英勇顽强、不怕牺牲的精神值得称颂，前线将士的英勇抗战，也极大的鼓舞了全国人民的抗战热情。

值得一提的是，日军在南口与中国军队激战的同时，在上海再次挑起事端。

1937年8月9日，日本海军中尉大山勇夫和一等兵斋藤与藏驾车直冲军用的中国上海虹桥机场，被中国保安士兵击毙，这一事件被称为“虹桥机场事件”。以此为借口，8月11日，日本驻上海总领事向上海市长提出如下要求——中国方面的事件责任者谢罪，并处刑；限制停战协定（地区内）内保安队员人数、装备、驻军地点；撤除该地区内所有防御工事；设立监视以上实行的日中兵团委员会、力行取缔排日抗日。

如此苛刻要求几乎等同于宣战布告，平津陷落之后，南京政府已经对和平的幻想已经基本破灭了，自然不会接受如此无理的要求，于是军事委员会下令上海守军，准备战斗，并从各地抽调部队支援上海。

8月13日傍晚5时，日本海军上海特别陆战队司令官下令全军进入战斗状态，严密警戒。

8月13日夜，日本内阁会议决定派兵，不和南京政府谈和平，要严厉惩罚南京政府，当晚海军第3舰队司令长谷川下令：“第二空袭部队对南京、广德；第三空袭部队对南昌；第十战队及第一水雷战队飞行机对虹桥机场予以突袭。”当夜，日本近卫内阁召开临时会议，决定陆军派兵上海；发表帝国政府声明：“断固膺惩”南京政府。“八一三事变”爆发，标志着历时三个月之久，抗日战争中日双方第一次大型会战，也是规模最大，战斗最为惨烈的一次会战，淞沪会战开始了。

由于东海台风，日本海军对于中国各地的空袭延迟至8月14日开始，首先袭击了杭州、广德。

1937年8月14日，即淞沪会战爆发后的第二天，日军鹿屋及木更津海军航空队18架九六式陆上攻击机14时50分由台北松山机场起飞，轰炸大陆沿海机场，其中9架飞临杭州笕桥机场上空，因天空乌云密布，能见度极差，投弹命中率不高。中国空军第4大队在高志航大队长率领下，驾驶****-3战斗机腾空迎战，从云层上摸索到云层下，发现敌机后，立即占据有利位置，展开攻击。日机慌乱投下剩余炸弹，企图逃跑，但中国空军紧紧咬住日机，瞄准开火。一阵短暂的空战，高志航等人共击落日机3架，击伤1架，而第4大队仅有1架战斗机轻伤，首创中国空军抗战中一次空战3比0的光辉战绩（当时中方宣传的战果是6比0，但后来的考证显示，第4大队在“八一四”空战中总共只击落了3架日机）。