没有想到的是没有几天日军准备进攻热河，热河省地处长城以北，与辽宁、河北、察哈尔等省接壤，九一八事变后，热河省成为东北军残部以及东北抗日义勇军的后方基地。由于伪满洲国成立时，所谓的“《满洲国建国宣言》”中即曾表达过凡长城以北关外东北四省均为所谓的“满洲国”法理领土，热河为伪政权一部分。日本军队驻守长城外，占领热河直取北平态势相当明显，只要占领热河，日军便可选择除山海关外更近的路线南下直取北平。
热河本身南有长城可为屏障，西有苏克斜鲁山脉；东南隔松岭山脉与辽西重镇锦州相接。1931年伪满政权出现时，《建国宣言》中即曾表达过热河为满洲国法理领土的一部分。1933年7月11日下午七时，关东军特派员石本权四郎被捕。日方乃借口此事，大举侵热，比为第二个中村事件。热河省省长汤玉麟允诺速救出石本。7月13日，辽西义勇军一部及东北边防军十九、二十旅与日军二十师团部少田一旅交战，东北军方面不敌撤入热河境内阜新新邱附近。日军窥探新邱煤矿资源已久，因原奉系政府拒染指所以没能开采，九一八事变之后，日方屡图强筑新立屯镇至新邱的铁路。日军以伪满洲国的名义让热河省省长汤玉麟派代表赴北票开会，会上日方提出三点要求，诱逼汤玉麟叛变，汤玉麟为保住对热河的统治，企图投敌，张学良复电汤玉麟派去的代表命令断然拒绝日方要求，迫使汤玉麟死心抗战。
2月初，日军加紧准备进攻热河，张学良决定成立两个集团军，第一集团军总司令由他自己自兼，主要指挥东北军廖冬春、丁喜春、缪澄流、孙德荃等旅和黑龙江省军第二十九旅、第三十旅，约3.5万人；第二集团军总司令由张作相担任，副总司令为汤玉麟，指挥孙殿英第四十一军、汤玉麟第三十六师两个旅和张廷枢第十二旅，以及热河境内的东北义勇军，约7万多人。两集团军的作战地界线划分是：以朝阳、建昌、凌源、平泉至承德的公路为界，以南为第一集团军作战地，以北为第二集团军作战地。中方合东北军各部及东北义勇军共20多万人。关东军司令官武藤信义在长春下达466号作战准备令，完成部署。2月17日，武藤信义下达了473号攻击令，准备2月23日开始军事进攻。2月18日，张学良、张作相、汤玉麟、万福麟、宋哲元等27名将领在承德发出热河抗日通电。
在关东军司令官武藤信义指挥下，以张景惠为“满洲国讨热军总司令”，大本营设在锦州，日伪军总共达10万余人，兵分三路：北路以日军第七师团和伪满洲国军张海鹏、程国瑞部组成，由通辽出发，攻开鲁、新惠、建平，目标赤峰，之后南下承德；东路以日军第八师团和伪满洲国军李寿山部组成，由锦州出发，沿锦朝线（现锦承线）进攻北票、朝阳、叶柏寿，最后向承德进犯；南路由日军第七师团、第十四师团、骑兵第四旅团和第八师团一部，另有伪军丁强（李际春）部，从绥中出发，向建昌、凌源、平泉进攻，再向承德进犯。此外，侵占长城沿线的日军第八师团一部和驻山海关守备队组成一个支队，由古北口出发北上，直犯承德。
针对日伪军三路进犯热河，东北军也分三路应战：北路开鲁至赤峰一线，由孙殿英部和热河省军骑兵第十七旅崔兴五部防守，东北义勇军冯占海、李海青、刘振东等部协助战斗；东路北票至朝阳、建昌一线，有黑龙江省军第十三旅于兆麟部、热河省军步兵第三十八旅董福亭部和退入该地区的东北义勇军李春华、唐聚五部；南路凌源至平泉、承德一线，由东北军第十六旅缪澄流、第八旅丁喜春、第十九旅孙德荃和黑龙江省军第十九旅王永盛等部防守。日军猛攻天山，东北军石文华旅全线溃逃。3月2日，日军进攻林东，东北军崔兴五旅率部投降，3月6日，日军攻占林西。中国守军热北防线全线崩溃。
日军第八师团主力开始进攻叶柏寿，遭到守军黑龙江省军于兆麟旅的抵抗，日军约5000多人，有飞机9架、坦克30余辆与陆军配合向中国守军阵地猛烈攻击，激战六七个小时。于兆麟旅伤亡很大，六八八团第一连连长以下全部阵亡。但是，朱碌科阵地在二十九旅六八四团增援下，始终没被攻下，日军只好绕过叶柏寿直取凌源。
3月2日黎明，日军第18师团长小矶国昭中将见进攻赤峰受阻，率快速部队及骑兵源源而来，炮声隆隆，在众寡悬殊情况下，夜间3时，敌人占领城东沙陀子，以猛烈炮火向城内轰击，中午12时，孙军各部退回赤峰市内，整编准备与日军决一死战，日军兵临赤峰城下，向东门、北门、西门的中国守军进攻，把大炮架在城东门外，向三道街轰击，而孙军炮火仍未到达，守军处于劣势，孙殿英亲自登上东门督战，直到下午4时许，赤峰城区仍然牢牢地控制在中国守军手中。日军只能调整进攻部署，迂回到头道街大和洋行，将房舍炸开冲入头道街，此时孙殿英正在东门指挥战斗，见城区已破立即组织守军在头道街、三道街开展巷战，他登上东门城楼，发誓与赤峰共存亡。县长孙廷弼眼见城区即将毁于炮火之中，出于保护城区居民的安危考虑，派赤峰农会会长宋子安恳求孙殿英撤军，孙殿英洒泪率军向西屯突围，东北义勇军并未撤出。下午5时许，日军攻入城内，东北义勇军各部与日军展开巷战，经过一番苦战，守军弹尽粮绝，相继退出，赤峰沦陷。孙殿英部在赤峰退却之后，在二道河子一线构筑工事与日军继续激战，直到3月8日下午防线被日军突破，中国守军向围场转移。
汤玉麟听闻赤峰沦陷后惊慌失措，从北平、天津征集大批汽车，并扣留前方军用载重汽车240余辆，装载私产和鸦片等运往天津租界。1934年3月3日，张作相的第二集团军司令部从承德移驻古北口；4日清晨，汤玉麟还未见日军踪影，便放弃承德逃往丰宁。4日中午，日军川原旅团派128人，兵不血刃占领热河省会承德。3月10日攻占了乌丹和围场，中国军队撤至半截塔、丰宁地区，日军撤回赤峰集结待命，热河沦陷。至此，鼓噪一时的热河抗战，12万东北军在数万义勇军的协助下，竟然被日军打的狼狈逃蹿，仅仅12天热河就全部沦陷。
热河陷落后，东北各地义勇军失去了赖以回旋的大后方，断绝了一切武器、弹药和其他物资来源。这个时候他们才想到黑龙江的王以哲。没有办法的情况下全部向北方撤退，这个时候王以哲为了策应义勇军的撤退，马上在黑龙江的沿岸摆出一副进攻的模样，结果日本人还是很配合的给义勇军撤退的空间，这个时候所有的华夏的老百姓拿王以哲和张少帅相比，还有就是人家128人就占领了热河，这个才是东北军最尴尬的事，张少帅把汤玉麟可是恨透了，自己在全国的人面前丢了大脸。
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