长城上的重要隘口??古北口位于北平东北方向一百公里处，是由承德通往北平的必经之路，古北口的东西侧背为崇山峻岭，地势极为险要。早已在日军攻击目标之列。
日军第8师团所部组织力量重点进攻，企图一举占领古北口。3月7日，北平军分会张学良命令东北军王以哲部107师迅速组织古北口阻击战。各师奉命立即进人阵地，构筑工事。我107师为掩护后方各部队向古北口增援，在口外青石梁一带与敌激战几昼夜。直到3月9日午后，才在敌人猛攻下不支向口内撤退。
为了加强长城防线，保卫平津、华北，蒋介石、何应钦先后从江西、河南等地调集了4万多部队增援古北口。这些部队全部于3月初抵达前线。
日军在青石梁受阻后，第8师团师团长西义一恼羞成怒，亲赴古北口前方督战，3月7日命令不惜一切代价夺下古北口附近的主要关口。从9日至11日，日军依仗优势装备，疯狂扑向我守军阵地，我107师、112师先后丢失阵地，古北口正面长城之第一道防线被突破。我第25师随即在古北口南城东西两侧高地，布置起了第二道防线，迎击敌人。
敌军占领古北口关口后，遂向南猛攻，并以主力向我25师右翼阵地实行包围，师长关麟征，命73旅旅长杜聿明指挥南城正面的战斗，他亲率师部特务连赶赴右翼阵地，指挥75旅主力实行反击。他在途中遭到日军潜伏哨阻击，被手榴弹炸伤，但仍然指挥全团官兵与敌拼搏，后杜聿明以副师长代理受伤的关麟征师长之职，带领25师与敌人战斗，始终固守了我军阵地。12日上午，敌军发动全面进攻，主力部队直指我25师145团阵地，并以大部兵力向右翼延伸包围进攻，战况空前激烈，25师连续三次击退敌人进攻。
12日午后，师部的通讯线路被日军炮火炸断，指挥部也被敌人机枪封锁，情况万分危急。杜聿明部突破重围，从古北口东关转移到预备阵地，不久该阵地被敌从中间突破。下午3时，全师两个旅的阵地相继被敌占领，古北口全部沦落敌手。
我军被迫撤至古北口以南高地及西南的南天门阵地。另外，河西镇被我105团占领。傍晚杜聿明在南天门设立师指挥所，仍然带领全师官兵顽强地阻击敌兵。晚上，从南方调来参战的中央军17军军长徐庭摇下令已开过密云石匣镇的第2师，星夜向南天门挺进，接替25师的战斗任务。
古北口保卫战，我25师仅以四个步兵团的兵力，独当数倍于我且具有优势装备的日军，伤亡极大。师长负伤，团长阵亡1人、负伤1人，营长伤6人，连排长死伤四分之三。激战三昼夜，我军共伤亡4000余人，但日军在此遭到了我军的重创。第145团一个军事哨卡全班7人的壮烈牺牲，生前毙伤敌100余人。
古北口于3月12日失守后，南天门成为到达北京的最后屏障，为了加强这一地区的防御，北平军分会重新调整了作战部署：
110师，骑兵一个师，布防阵地右翼，第2师接110师的右翼，骑兵第2师在左翼。由67军军长王以哲指挥。
3月18日，军委会发布命令，以第17军、67军、26军合编的第8军团，由杨杰任总指挥，担任顺义、平谷、东庄一线以西，顺义、昌平、南口一线以东地区的作战，以及延庆、赤城东面长城各口的警戒任务。4月20日后，军团总指挥之积由徐庭瑶接替。我防守南天门的是以黄杰为师长的中央军第2师。
4月20日深夜，日军第8师团开始向南天门发起进攻。战斗开始时，在八道楼子阵地，敌我各占四座碉楼，互相对峙。21日晨，日军集中20余门火炮向我军阵地碉楼集中射击，并配以步兵千余人发动进攻。双方争夺激烈，阵地得而复失者多次。
22日下午7时，敌增援部队向我左后方黑龙洞迂回。我阵地所坚守的两座碉楼受敌后方围攻，守军死伤严重，后被迫撤退，我方阵地丧失。
4月23日晨，敌军在飞机的配合下，向我421高地进攻。并派兵一部分别由黑龙潭、田家庄和界牌峪威胁高地我军侧背。我守军奋力抗击，连续四次打退敌人的进攻。24、25两日，双方连续激战。26日，中央军第83师前来接防。同时，关东军司令部调步兵第四旅投入战场，并命令飞机协助攻击南天门。日军的第6师团的两个步兵大队也被调来参战。敌军从佛晓至傍晚以火炮不断轰击，同时还以步兵猛攻，我阵地全被摧毁。
南天门的正面，从21日起也不断受到攻击。24日下午，日军的一个联队在飞机及坦克的掩护下，再次发动猛攻。我第2师11团与日军展开白刃战，伤亡惨重，我第7团前来增援，才将敌军击退，但伤亡已达300余名。25日上午，敌我双方再次展开激战，到这时我第2师已连续苦战了5昼夜，伤亡极大。为此，26日拂晓前，第83师来接替第2师，防守南天门。
28日，日军增援兵力达6000人，并以40余门大炮集中向南天门附近的372高地轰击，同时以坦克掩护骑兵向左右两侧运动。我守军虽拼死抗击，但因敌炮火攻击猛烈，372及425高地的阵地工事被完全摧毁。我军撤至南大门以南阵地，南天门失守。
此次南天门之战，双方共血战了8个昼夜，为长城作战以来从未有过的激战，敌军受到重创，我第2师及第8师官兵也伤亡3000余人。