1937年7月11日,日本内阁批准增援华北方案,扩大战事。日军独立第1旅奉命连夜集结出发,经古北口,16日到达密云;第11旅主力19日到达高丽营,其一部经山海关到天津;第20师由朝鲜龙山出发,主力于20日抵天津集结,其一部集结于唐山、山海关。日华北驻屯军河边旅步兵第二团主力集结于丰台,其一部配置于北平、通县;步兵第2团及骑兵队、炮兵团、工兵队于18日在通县集结。7月20日,各部队先后到达集结地,完成对平津的包围。在此期间,日方一直与冀察当局虚与委蛇,进行谈判,遮掩耳目。
29日凌晨1时,天津保卫战打响。按照28日19时军事会议部署,天津保安队1中队攻打东车站,手枪团、独立第26旅1个营及保安3中队攻取海光寺,独立第26旅(欠1个营)及保安2中队攻占天津总站及东局子飞机场。由于仓促组织进攻,在日军空中轰炸、地面强力抵抗的情况下,中国军队进攻失利,退至静海、马厂一带,天津失守。日军第20师、堤支队于30、31日前后开赴天津。平津作战是日军发动大规模全面侵华战争的第一个战役、中日战争全面展开。