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日军在宛平城外的演习，一直持续到晚间十时半，这时候其所派遣的“假想敌”，在黑夜中射击诱敌的空包弹，而据当时的日军报道，突然听到间歇性的实弹射击枪声5，日军指挥官清水中队长立刻宣布，保持警戒与停止演习，清点全队人数，搜寻“敌方”开枪地点。
不料在清点人数时，突然发现少了一位负责传令的新兵志村菊次郎，因此清水决定摆出作战阵式，并且向上级大队长一木清直中佐报告，一木清直则向在北平东交民巷的联队长牟田口大佐报告。当时牟田口要求现场的日军，务必进行强硬的交涉，并要求大队长一木清直立刻调派部队增援现场，他则与日军驻屯军的特务机关长松井太久朗，立刻赶往宛平的现场。日军当时交涉目标是，要找到失踪的士兵，同时当然也要抓到敢在“中国”的领土（不是日本的领土！）“非法”向皇军（日本丰台驻军是依法无据的）演习开枪的“大胆之徒”（其实有无真的射击枪声，也无法证实）。
不料中日双方正在进行交涉之时，日本所谓失踪的士兵已经找到了，但是日军仍然坚持，非要连夜进入宛平城搜查不可。而中国的守军认为夜深雨大，双方军队的情绪又紧张到剑拔弩张的地步，实在不便让日军进城，以免爆发意外，何况失踪士兵已经归队，枪声问题又查不出个所以然，不如等到天明之后再加以处理。但是这时日军的旅团长河边正三少将已在山海关得到消息，立刻下令联队长牟田口，要给中国军队一些“教训”，要叫中国军队知道，不能在中国的领土，对演习的日军“开枪”（只有日军可以在中国的领土开枪、炮轰任何他们要想攻击的目标）。既然一木清直的部队已经调出，牟田口大佐就有教训中国部队的打算。
中日双方交涉到七月八日凌晨四时左右，日本人实在也吵不出个结果，眼看天亮后大家就可以平静的解决歧见，但是日军部队已经在野外淋雨受冻了等候了半夜，假如就这样回到兵营，实在“下不了台”，因此日军的联队长牟田口就借口日军又遭到华军射击，下令一木清直的部队，向宛平城的中国驻军所在地进行射击泄愤，中国守军当然加以还击，虽然这只是双方没有作战目标的交火，但是却是在卢沟桥事变中，真正的互相射击“事件”，双方正确的枪战时间，是发生在七月八日的清晨五时左右。这时华军没有被吓倒，沉着地还击，日军的射击更完全没有讨到任何的便宜。
由于局势早已高度的紧绷，因此在卢沟桥附近的军事冲突一发，双方立刻都以加急电报分别向东京、南京报告请示。日本军部接到电报之后，立刻下令驻屯军司令部指挥丰台驻军，要日军在下列的基础下，就地解决此次的中、日军事冲突，一、日军务必控制永定河左岸阵地，二、设法解除中国军队在永定河左岸的武装。三、驻屯军可以调派部队增援卢沟桥前线。而这个指令正好和旅团长河边的意见相同，于是他立刻调动军队，赶往丰台支持牟田口联队，准备夺下卢沟桥、“踏平”宛平城，以教训中国人的无理。而日本的媒体，则把这个新闻，炒的火药味十足，认为事关日军威望与国体尊严，非要追究到底，给中国军队一个教训不可。
但是日军的确低估了守军的战斗意志，牟田口大佐以为只要日军全面动手，华军必败无疑，结果他没有等驻屯军的援兵到达，就在八日下午，率领丰台日军再攻宛平与附近阵地，但是遭到华军强烈抵抗，华军甚至出兵迂回攻击，造成日军伤亡惨重。日本根本没有办法拿下卢沟桥，当然也没有办法踏平宛平城。事情演变至此，当然造成旅团长河边的震怒，日本方面只有先和中国方面进行谈判，在七月八日的晚上，由张自忠与松井太久朗签订停火协议：一、中国军队撤出宛平。二、日本军队退回丰台。三、宛平改由中国的保安队（石友三部）接防。既然达成协议，整个事件看起来应该可以告一段落。
虽然交火的第一线已达成和解的协定，但是日本的军方却出现了强烈的求战期待，特别是关东军与朝鲜军的少壮派军官，已经演习入关支持作战很多次了，因此早就有意要展现自己的兵力，他们立刻自行发表公开声明，表明日本军队必须要好好地教训华军，并且誓为华北驻屯军的后盾，同时将请战与求战的强烈主张，回报东京。东京军部的少壮派军官，同样也是兴奋异常，自动停止休假下班，昼夜进行草拟日军在华北军事行动的计划。
而早已期待日本应该以果断的力量，打开华北僵局的日本舆论，在报导卢沟桥事变时，都以极其夸张的手法，报道中国军队竟然敢在“中国”的领土，骚扰日本皇军的“非法”演习，因此要求日本政府，必须要给中国狠狠的教训一番，叫中国懂得尊重日本。日本内阁立刻煞有介事地对这个事件，进行讨论，不过由于政府与军部内扩大派与不扩大派的意见仍然无法妥协，接着又传出驻屯军与二十九军达成解决协议，因此只有暂时作罢。日本内阁在九日宣布“不扩大”方针，只要求华军必须从卢沟桥撤退，不过参谋本部却开始研拟日军对华北的作战计划，以备军情变化的需要。
卢沟桥军事冲突的消息传到庐山，蒋介石对于卢沟桥交火的冲突，倒是相当严肃看待。虽然以目前的各种情报判断，这只是日军演习所产生的意外事件而已，背后应该没有特别的策划与预谋，但是他仍然认为，要特别小心局势的发展，因为他绝对不能再因判断错误，让北平重演九一八事变沈阳沦陷的悲剧了。
19。4 中国全体军民决心绝不退让
而蒋介石在当天的日记中，已经留下中日双方可能就此爆发全面军事冲突的不祥预感。隔天，虽然传来中日双方已在前线达成和解的协议，但是蒋介石却更为不放心，八日蒋拍发电报给在四川的何应钦，就他立刻设法完成四川整编工作，兼程赶回南京，准备调兵遣将的事宜。接着蒋介石又下令在庐山开会的西北军将领孙连仲，立刻下山，率领四个师的部队，进驻河北保定，以作宋哲元的后应。
蒋介石亲自拍电报给宋哲元指出：
“卢案必不能和平解决，日方将得寸进尺，决无已时，中央已决心用全力抗日，宁为玉碎，以保持我国家之人格，此次胜败全在兄与中央共同一致，无论和战，万勿单独进行，以免遭敌各个击破，兄可将司令部移防保定，以免受到日军的包围。”
不过这次宋哲元根本不把蒋介石的指示，当成一回事办理。
同日在延安的毛泽东，召开政治局会议之后，也立刻发出电报，支持南京要对日本采取强硬的立场，并且派遣周恩来等人前往南京，共商抗日的大计。这时中国各地的舆论，也是一片不能退让的抗日情绪。七月十日，蒋介石更进一步的对军令部下达指令，进行各种可能发展的参谋作业准备，以备局势急转直下，迎战日军。蒋介石同时也对各路的军政领袖们，发出“中央决心抗日，希望大家前往南京，准备共商抗日大计”的电文。而这个电文所得到“各路诸侯”的反应，是出奇的热烈。两百年来，中国第一次这样展现团结一致的对外作战立场。
在华北的日本驻屯军接到东京不扩大的交涉方针指示，双方最大的困难是，华军不能同意从卢沟桥撤退。七月九日，河边旅团的部队在卢沟桥附近集结完毕，完全不顾刚刚达成的停火协议，立刻对卢沟桥等阵地发动攻击，日军原希望能够展现一下皇军无敌的军威，但却仍然一样地遭到华军强力的反击，卢沟桥还是没有攻下，日军反而遭到华军的包抄攻击，损失了不少人马。
日本驻屯军只有改用谈判的方式，于七月十一日，中日双方又在会商解决办法，结果中国同意：一、对于事件表示遗憾，并且约束部下不再发生类似事件。二、卢沟桥附近阵地改由保安队接防。三、彻底取缔抗日团体。在中日达成协议之时，日本驻屯军司令官田代中将已经进入弥留，日本军部急派香月清司中将接任驻屯军司令官，当天启程赴任。同时在山东休假的宋哲元，在接到部署十万火急的电报催促之后，也才在同一天，离开山东老家，准备回北平处理对日本的交涉。
19。5 日本决定出兵华北
但是在东京，事情却有了急转直下的发展，七月十日午夜，东京参谋本部接到日本驻南京副武官大城户的最新情报，指出蒋介石已经开始调动部队北上，支持宋哲元，这个情报造成日本参谋本部担心驻屯军缺乏主帅控制大局，兵力可能不足，而会吃国民政府援军的大亏；而在此时关东军与朝鲜军更是不断发出“请战”的电报，关东军参谋长东条英机，甚至派遣少壮派军官返回东京，陈述作战要求，并且表示，关东军已经主动开始集结部队待命，准备随时支持华北的驻屯军。
因此日本的参谋本部在面对海外驻军重大的压力，以及对于敌情调军必须有防卫的动作下，作战部长石原莞尔终于被迫同意，在内阁会议中提出华北增兵方案。七月十一日，日本政府先举行五相会议，在陆相杉山元的保证，以及参谋本部的局部防卫前提下，正式决定出兵中国华北，并且下令日本进入动员，以支持日本在中国华北进行有限的军事行动，日内阁接着在下午三时，行礼如仪的通过“华北增兵方案”。
日本的内阁会议结束之后，紧接着在十一日下午四时，参谋本部与陆军省长官正式晋见日皇，请旨出兵华北。日皇裕仁在得到陆相杉山元的“保证”，假如中日爆发全面战争，日本最多只要三个月的时间，就可以解决中国任何的反抗。同时参谋总长闲院宫亲王戴仁也保证，苏联绝对不会利用中日冲突的机会与袭击日本。这样裕仁就正式批准日本对华北进兵的圣旨，中日之间的历史决战，就这样无法回头而要开始了。
在日皇批准对华北增兵命令的新闻发布之后，原本饱受经济低迷与政治混乱打击的举国上下，全都进入疯狂亢奋的状态，他们认为日本再现帝国神威的时刻，终于来到了，日本全国都出现热烈募款支持军费的活动，各个征兵站都是大排长龙，各种劳军团体与军眷后援会纷纷组织起来。日本人民普遍的认为，只要日军出击，中国必定屈膝，接下来将是日本可以任意宰割中国所有市场与资源的黄金时代了！
日本参谋本部接到御旨批准出兵的同日，立刻向关东军与朝鲜军下达临参命五七号、五八号，调动日本关东军的第一旅团，第十旅团，朝鲜军第二十师团，以及相关的战车、炮兵与飞行团，立刻多头齐发，进军中国华北，接受日本“支那驻屯军”的指挥，准备参与教训中国的作战。日本参谋本部同时对驻屯军新任司令官香月清司，颁布了日军在华北作战计划，“以打击中国第二十九军为目的，战事局限于平津地区”、“军事行动开始之时，速以武力膺惩中国第二十九军，第一期应先将北平郊外之敌扫荡至永定河以西”。而朝鲜军司令官小矶国昭大将，关东军司令官植田谦吉大将，以及其属下的少壮派军官，更是直接与主动地对香月发出讯息，要求他能够把握机会，不负众望地给华军致命的一击，以实现华北分离的计划。他们保证会在战场与军部，全力支持驻屯军的任何强硬行动。因此香月在热烈地请战情绪影响之下，又刚走马上任，自然无法让大家失望，因此他立刻决定，要给华军强烈的教训，以加速推动“华北自治”。
19。6 宋哲元处置失当
而宋哲元在七月十一日才迟迟地回到任所，根本不理会蒋介石多封指示机宜的电报，更没有将司令部移防的准备（更为离奇的是，宋哲元根本不向南京报告所有情况，也不请示任何的机宜，完全独断专行，害得南京国民政府，无法掌握最新状况，所有消息要靠军统局电台的报告）。宋哲元当天立刻就直接前往天津的日本华北驻屯军司令部，与香月直接接触。
香月在日本的援军尚未抵达之前，先与宋哲元进行缓兵之计的交涉，提出严厉的七条件，内容是要宋将任何“反日”的党政军力量，全部撤出河北，宋哲元竟然一口答应香月所有的要求。宋哲元认为只要二十九军让步，日本也就会伸手不打笑脸人，而得以“大事化小”。因此宋哲元在七月十五日，公开发表声明，表示卢沟桥问题只是小事一件，目前已经得到合理解决，并婉谢中国境内各方的支持二十九军备战的捐款。
宋哲元的逆来顺受，却引动日军更大的野心，香月清司在十七日派参谋通知宋哲元，要宋哲元一定要在十九日之前，以正式的文字协议，完全接受日本的要求。十八日，宋哲元参加前驻屯军司令官田代的丧礼，与香月见面，正式向日军道歉，并且下令张自忠与日本代表签订接受日方要求的协定。七月十九日夜晚，中、日终于双方达成撤军协议，约定双方军队将于七月二十二日，各自撤离军事冲突的交战前线，以缓和华北冲突的局面，二十九军并正式道歉。因此在七月十九日，宋哲元为此再一次发表声明，认为整个事件已经得到合情合理的解决，希望大家不要听信谣言，中日双方应该互信互谅、和平相处。
宋哲元回任之后，一再示弱的表现，的确令国民政府与中国人民大吃一惊。蒋介石特别感到不安，因为所有宋哲元的行动与交涉，一直没有片纸只字的回报南京；对于蒋介石之指示：“对于日本的要求，不可以轻易的让步，同时应将司令部迁移到保定，集结军队以备不测，”也根本不加理会。因为蒋介石已认为，在日本压力之下，任何表现善意的让步，任何没有实力备战为后盾的交涉，都会让日本觉得可以得寸进尺，