佟麟阁到任后，驻扎在南苑，尽心尽责地训练军队。在训练团成立大会上，佟麟阁头戴军帽，腰扎皮带，佩戴着手枪，足蹬马靴，显得英姿勃勃，他对部下发表了激动人心的演讲，他说：日军不断侵略我国，是我们的仇敌。抗日报国是军人的天职，也是全国每个人的责任。二十九军是个赞成抗日的部队，当国家和民族处于危难之际，当日寇向我发起进攻的时候，我们守土有责，义无反顾。喜峰口战役我们挫伤了敌人，使全国父老兄弟姐妹们都对我军寄予厚望，所以二十九军举办抗日军事训练团，希望大家积极进行军事训练，增强杀敌本领，抗击日军，为国家出力。一旦日寇把战争强加于我们头上，我们立即反击。我个人和大家一道，拿起武器，奋勇杀敌，为民族的生存而战斗，为国家的荣誉而献身！他的演讲极大地鼓舞了战士们的抗日斗志。
1937年7月7日深夜11时许，驻扎在丰台的日军清水节郎中队来到卢沟桥附近中国驻军第二十九军的防区内进行军事演习。并借口一名士兵失踪，无理提出要进入宛平县城搜查，中国守军当即予以严词拒绝，日军遂对卢沟桥的中国守军和宛平县城发动了蓄谋已久的炮击。中国守军忍无可忍，奋起抵抗，对来犯之敌给予了坚决的回击。中华民族全民族的抗战从此开始了。
当时，二十九军军长宋哲元不在北平，二十九军的一切行动都由副军长佟麟阁指挥。他立即召集各师师长冯冶安、张自忠、赵登禹、刘汝明商议，大家情绪激昂，纷纷请战。佟麟阁分析了北平面临的局势，勉励大家做好为国捐躯的准备。他说：“中日战争是不可避免的。日寇进犯，我军首当其冲，战死者光荣，偷生者耻辱。荣辱系于一人者轻，而系于国家民族者重。国家多难，军人应马革裹尸，以死报国。”这些爱国将领们在佟麟阁的感召下，紧紧地挽起了手，决心生死与共，誓与卢沟桥共存亡。于是一道掷地有声的命令下达到了二十九军所属各部队：“立即还击，卢沟桥宛平城就是你们的墓地，要与城池共存亡。”二十九军将士们被压抑了多年的抗日激情像被打开了一道闸门，陡地喷发出来了。
7月7日激战，击退日军多次进攻，卢沟桥宛平城固若金汤。8日中午前后，日军集中炮火，两次向卢沟桥猛轰，并出动战车，夺取了卢沟桥车站。不久又从永定河东岸向西岸发起冲锋，企图攻占卢沟桥控制京汉铁路。三十七师一一o旅二十九团第三营的一排守军，英勇奋战，全排壮烈牺牲。守在宛平城南门的连长怒不可遏，立即派出一排敢死队手持大刀冲向敌人，两军相遇，敢死队锐不可挡，刀光闪烁，敌人血肉横飞。日军被这样不怕死的对手震慑了，一个个狼狈逃窜，卢沟桥失而复得。
从7月8日到10日，卢沟桥畔杀声不绝。大王庙前，二十九军战士高呼：“宁为战死鬼，不做亡国奴!”他们发挥近战拼杀的威力，与日军反复争夺阵地，大王庙三失三得，战况空前激烈，日军中队长一木清直在大王庙被我军斩杀，二十九军金振中营长身负重伤。永定河岸，烽烟滚滚，日军蜂拥而至，潜伏河边的二十九军大刀队突然跃出，与敌殊死拼杀，日军纷纷败退。
7月11日，日本政府决定向华北增乓，战事扩大。7月17日，蒋介石在庐山发表讲话，正式表示：“战端一开，则地无分南北，人无分老幼，皆有抗战守土之责。”艰苦卓绝的八年抗战正式拉开了序幕。
北平的战云越来越浓。宋哲元从山东回来后对形势的了解不是很清楚，举棋不定，使本来就严峻的局面变得更加严峻了。日本军部已下定决心对华作战，山杉元向日本天皇夸下‘三个月灭亡中国”的海口。大批日军沿铁路和长城向平津集中。
至7月26日，侵华日军已增至10万之多。廊坊失守，同时驻丰台的日军企图进入北平广安门，遭到二十九军猛烈阻击，日军头目樱井被击毙。
7月27日，日军铃木旅团、酒井机械化旅团在30余架飞机及一个炮兵联队援助下，向北苑、黄寺、沙河发动攻击。
日军通过假和谈争取了时间，完成了对平津的战略包围，一场大战势不可免了。佟麟阁终日在前线奔走，他知道自己据守的南苑是天津到北平间的屏障，一旦南苑失守，古都北平就暴露无遗。他多次请宋哲元迅速调兵增援南苑。27日，宋哲元终于丢掉一切幻想，决心与日军决一死战，命赵登禹为南苑军事总指挥与佟麟阁共同安排南苑保卫战大计。忧心忡忡的佟麟阁终于舒出了一口气。他与赵登禹是多年生死与共的老战友，当年赵登禹在西安投军，佟麟阁是他入伍后的第一个连长，以后长期合作，出生入死，建立了兄弟般的友谊。赵登禹的出现，使他感到放心，但当他知道赵统率的一三二师主力尚在赴平的路上，而且先头部队已在团河被日军阻挡的消息后，心中不免一沉，他暗自思忖：“为国杀身成仁的时候到了。”
7月28日，日军对南苑发动了空前猛烈的进攻，在30余架飞机、数十门火炮的轮番轰击下，二十九军的阵地已成一片火海，各部队之间的联系被切断。阵地与阵地之间无法沟通消息，将士们只是凭着一股正气和一把大刀在与装备先进的日军厮杀。
阵地丢失了，战士们赤膊举