当金振中营长得知日军大队人马从丰台向宛平开来时，曾抽调第十连申仲明排到铁路桥东头协助李毅岑排守卫，并命令：“严加防范，如日军来犯，坚决予以回击！”
一木清直率领第三大队主力，排成4路纵队，气势汹汹地径直向龙王庙及铁路桥的中国守军扑去，扬言要在中国驻军阵地搜寻“失踪士兵”。中日双方首先在龙王庙附近遭遇。申仲明排长站在桥头，拒绝日军的无理要求，早已作好战斗准备的日本侵略者，突然开枪射击，申仲明排长不幸中弹，献出了年轻的生命。
申仲明排长早在1935年就秘密地加入了中国共产党。几年来，他在二十九军士兵中大力宣传党的抗日主张，培养了众多的抗日战士，为二十九军坚持抗日作出了贡献。申排长的鲜血激怒了二十九军的战士，他们在李排长的指挥下，为捍卫民族尊严和祖国领土，打响了保卫卢沟桥的战斗。两个排的战士，面对几百名日军毫不畏惧，六挺机关枪和六七十支步枪一齐射出了仇恨的子弹。当敌人冲上阵地后，战士们又抡起大刀，冲人敌群，展开了激烈的肉搏战。15分钟后，终因敌众我寡，陷入重围，两个排的勇士几乎全部战死在桥头阵地上。日本侵略者占领了龙王庙和铁路桥东头，也在东河堤上丢下了上百具尸体。
与此同时，日军另一部分兵力向宛平县城东门发起了进攻，并用大炮轰击城墙。炮弹呼啸着飞过城墙，炸毁了营指挥部。
卢沟桥战斗打响后，秦德纯、冯治安、张自忠等召开了紧急会议，并发表声明指出：“彼方要求须我军撤出卢沟桥城外，方免事态扩大，但我方以国家领土主权所关，未便轻易放弃，倘彼一再压迫，为正当防卫计，当不得不与竭力周旋。”
同时，二十九军军部发出命令：“卢沟桥即为尔等之坟墓，应与桥共存亡，不得后退。”
英勇的二十九军官兵，冒着敌人的炮火奋起还击，战斗进行得十分激烈。
“这次士气的旺盛，较前喜峰口作战时尤甚。因为士兵们含垢忍辱，已非一天，这一口郁积在胸中的气，无缘发泄，所以大家听说打日本，个个都纵身跳起来。士兵们看了阵亡的同伴，一点也不悲伤，只是咬紧牙关，疾步向前，带伤的就是命令他后退，也不掉转头来。”吉星文团长曾这样评价自己的战士，夸耀他们在战斗中英勇无畏的精神。还在当天三时半，二十九军司令部得知日军主力向卢沟桥方向前进时，秦德纯就指示宛平守军：“保卫领土是军人的天职，对外战争是我军人的荣誉，务即晓谕全团官兵，牺牲奋斗，坚守阵地，即以宛平城与卢沟桥为吾军坟墓，一尺一寸国土，不可轻易让人。”
旅长何基沣也下达了3条命令：（1）不同意日军进城；（2）日军武力侵犯则坚决回击，（3）我军守土有责，决不退让，放弃阵地，军法从事。
宛平全城军民听到坚决抗敌的命令非常振奋。面对敌人的进攻，战士们沉着应战，待日军接近我最有效射程内，以“快放”“、齐放”猛烈射击，日军伤亡惨重，一次又一次地败下阵去；城内居民争先恐后地为部队运送弹药，没有人惊慌失措，更没有人出城逃走，大家认为打日本侵略军是大快人心的事，都争着为抗日出力。军民齐心协力用麻袋泥土把城东门堵紧，城西门也只留一条供人出入的缝隙，决心拼死保卫宛平城。
日军进攻的枪炮一响，正在宛平城同日方进行交涉的王冷斋便严词质问樱井等日方人员，并声明日军首先开枪破坏大局，应负酿成事变的责任。樱井支支吾吾地说：开枪或出于误会，当努力于此事的调解，勿使扩大。
宛平城的战斗打了约一个小时，日军未能前进一步。樱井见事态不妙，手持白旗登上了宛平城墙，屡次进攻不能得手的日军借机停止射击。大雨冲洗着战地硝烟，宛平城依然屹立在永定河畔。未达目的的日本侵略者并不死心，继续准备发动新的攻势。
8日清晨7时30分，华北驻屯军司令部对驻天津的各部队下达了准备出动的命令，并命令在秦皇岛检阅部队的河边正三旅团长马上返回北平，决心要把战争扩大化。
9时，华北驻屯军军部命令牟田口：“（1）我军要确保永定河东岸卢沟桥附近，谋求事件的解决；（2）步兵旅团长应解除永定河东岸卢沟桥附近中国军队的武装，以利于事件的解决。下列部队中午由天津出发经去通州公路到达通州时，受你指挥：步兵第一联队第二大队（欠步兵两个小队）、战车一中队、炮兵第二大队、工兵一个小队……”
牟田口接到命令，即于9时25分命令副联队长森田：“指挥一木大队，对卢沟桥中国军队提出，要求撤退到永定河西岸，如果需要，解除（中国军队）武装，占领卢沟桥。华北驻屯军（司令部）有这种意图，请迅速执行。”
森田马上向中方提出交涉要求，林耕宇和寺平随即出城与森田面谈。
但是，日寇提出的无理要求，中国方面是不能接受的。森田在谈判桌上达不到目的，再度命令攻打宛平县城。坚贞的抗日官兵们严阵以待，敌人的枪声一起，马上用猛烈的射击回击，表示了“誓与城、桥共存亡”的坚强决心。
7月8日13时，牟田口从北平到达宛平城东北的沙岗前线，亲自指挥作战。
15时50分，华北驻屯军步兵旅团长河边正三也赶到丰台督战。侵略者要大打出手了！由于驻守宛平的二十九军爱国将士坚决抵抗，日军几次进攻未果，河边便命令第三大队在龙王庙附近渡过永定河，占领西岸，待援军到达后，9日拂晓再攻宛平城。
等待援军准备进攻的日本侵略者，为拖延时间，不断玩弄新花招。
16时，牟田口派人绕道从宛平西门进城送信，请王冷斋或金振中出城谈判。
王冷斋等人以守土有责、不便擅离职守为由，回绝了牟田口。一个小时后，牟田口又派人送函，向宛平政府发出通牒，提出无理蛮横的要求（：1）限于当天（指8日）下午8时前，中国军队撤退到西岸，日军亦撤至河东，逾时即实行以大炮攻城；（2）通知城内人民迁出；（3）城内日本顾问樱井、翻译斋藤等，请令其出城。日军的通牒显然是胁迫中国军队放弃宛平，企图不战而夺取宛平。
王冷斋阅信之后答复牟田口也是三条：（1）本人非军事人员，对于撤兵一节，未便答复；（2）城内人民，自有处理办法，勿劳代为顾虑；（3）樱井等早已令其出城，惟彼等仍愿在城内商谈，努力于事件之解决。牟田口见威吓不成，便准备再次诉诸武力。
18时，宛平城内政府官员及谈判代表，离开宛平专员公署办公厅，到附近一所民房办公，以备不测。
人们刚刚步出专员公署十几米，18时5分，日军的炮弹呼啸而来，第一炮就打中了专署办公厅，日军的炮弹一颗接一颗，把专署炸得东倒西歪，瞬时成为一片废墟。
日军的射击这般准确，使人们不禁想起专署成立时，一木清直徒步前来祝贺的情景。显然，以步测距、察看城内地势是一木的真正目的。这个徒步祝贺之谜从一个侧面证明，日本侵略者早在几个月前就阴谋夺取宛平城与卢沟桥。
8日傍晚的这场战斗进行了3个小时，日军炸毁了宛平城的大批房屋，无辜百姓惨遭祸殃。
二十九军官兵抱定至死不退让一寸土地的决心，冒着敌人的炮火，在劣势装备的不利条件下，以大无畏的精神顽强抵抗，不少官兵受伤后仍坚持不下火线。
9日凌晨，二十九军收复了失地，完全恢复了永定河东岸的态势，减少了宛平城侧后的威胁。我军变被动为主动，军心为之大振。宛平军民兴高采烈，摩拳擦掌，准备给敌人以更大打击。二十九军的官兵们率先作出了抗日救国的榜样，国人为之振奋、激动。