3月9日夜里，17军第25师率先赶到古北口。师长关麟征和73旅旅长杜聿明先去67军司令部见王以哲，准备商量换防事宜，因为25师刚到，对前线一切都不熟悉，再加上辎重弹药等都在后面，所以想与王以哲商量下，能不能再顶几天。
可王以哲一心疼自己伤亡惨重的老部队107师，想给老奉军留点种子，二是派系之争，他骨子里不相信中央军，所以对关麟征的请求不同意。
权衡再三，王以哲决定让112师留在一线换下107师，结果惹怒了112师长张廷枢。
原来张廷枢的112师隶属于万福麟的53军，此时只是临时划归王以哲的67军指挥，王以哲并不是他的直属领导再加上张廷枢他爹是奉军辅帅张作相，所以张廷枢对王以哲的命令并不放在眼中。
于是张廷枢大声顶撞：“你的队伍能走，我的队伍就不能走，是什么道理？”
在外人面前连长官敬语都无，让王以哲也很是生气：“没有命令你就不能走！”
张廷枢不忿：“听谁的命令？你能走，我也能走。”
张廷枢所说也有道理，3月4日，汤玉麟弃城而走，承德陷落，而承德后面的长城要塞古北口并无军队防守，北平军分会遂下令112师前往防御古北口。张廷枢接到命令后即率部日夜兼程开赴前线。经过一昼夜百余里急行军，5日16时许，112师先头团，便抵达了古北口。
至七日，112师全部抵达古北口阵地，开始在古北口西北边构筑掩体工事，并在制高点安置重机枪抵御日机轰炸。
112师到此时也在冰天雪地中熬了几日，虽然损失不如107师可也是人困马乏之时，张廷枢正想趁着换防把部队拉下去修整。
关麟征与杜聿明一听，也上火了，自己紧赶慢赶跑来协同防守，你112师此时也算是齐装满员，对接下来的战斗能起到关键作用，怎能在此紧要关头后撤？遂两人也加入争吵。王以哲想让25师全面接管古北口防线的计划就此破产。
四人吵到10日凌晨4点才出妥协出结果，那就是把一线与二线阵地分成几份。其中东南翼，以龙王峪为中心，向东西两侧展开，其意义是联络东方曹家路一带防务，那里也是入关的重要通道，戴安澜的25师73旅145团在此布防。东翼，以370高地将军楼为中心的东西两侧，西至311高地，东至304高地。贺奎率112师634团驻守；古北口正面，即瓮城古北口铁门关至西卧虎山下潮河水关一段，由112师635团，团长白毓麟驻守；西翼，卧虎山长城沿线，中方布防的是112师636团，团长李德明。
这样一来，就形成了112师顶在前，25师在后的部署，这让张廷枢很不舒服，感觉25师就是督战队，枪口已经顶到112师的脑袋上。
双方虽经妥协，暂时明确了分工，可日军却没给他们喘息的机会。
前面说了，武藤信义在热河之战开战前曾要求不要扩大战事，要在结冰期结束战争。而热河地区冰雪融化要等到4月份，可想关东军还是做足了准备要花一个多月解决热河的东北军，但东北军实在不争气，轻取承德的关东军就想：如此轻易就占了热河，那我是不是再朝华北拱拱，威胁下北平？
于是在3月9日，日军即占领巴克什镇，并开始以此为支撑向古北口发动进攻。通过空中侦查日军决定将进攻重点放在正面、东翼和东南翼三个方向。其中又以突破东翼为战略重点，因为拿下东翼，向西可占地利居高临下攻击古北口，向东可以夹击145团；而且日军攻击东翼的话，从巴什克出发，可从平缓的二寨南沟经过，利于部队运动与重武器运输。
10日天一亮，日军即派飞机轰炸，而25师因新招士兵颇多，且训练多为针对国内军阀，此时根本没有防空准备，再加上古北口地形不适于大部队躲藏，所以士兵死伤甚众。
经过上午的轰炸与火力侦查，10日午后14：30，日军各队开始大规模宽正面攻击。其中在左翼370高地遭到东北军的顽强抵抗。
东北军的此时部队并不缺炮，所以日军各队冒着迫击炮与山野炮的步步推近，直至15:30，日军占领370高地，并以此为基础沿长城线向东扩大战果，17:00日军到达驼门沟（五里坨）北侧高地一线。在这里挨了驻扎在营城东北军的一顿炮火后攻势受阻直至入夜停止进攻。
右翼日军的进攻一开始就僵持住了，因为在进攻路线刚好处于112师636团的火力侧射范围，攻击进展缓慢，进攻三小时才逼近长城线，但由于营城方面东北军的炮火封锁，前进极为困难，双方枪战直到入夜。
3月10日一天战斗，日军左翼进展顺利，首先占领了370高地和将军楼以西长城线，并越过长城前进到五里坨与北侧山地，形成对古北口营城的威胁。而右翼日军遭到张廷枢112师635团顽强阻击，还有后方营城方面的炮火支援，攻击格外困难。
日军发现营城阵地的重要性。两翼攻击受阻都是因为营城的交叉火力网与炮火威胁。于是日军连夜调整部署，增强了左翼部队作战能力，增加了一个迫击炮连，要求其从侧背迂回攻击营城阵地东侧。
在日军厉兵秣马调整部署准备明日再战时，中央军与东北军却还在推诿扯皮。关麟征很是愤怒，因为370高地将军楼在日军攻击开始一小时后失守，日军以此向东西两线扩大战果，杜聿明第一四五团防守的东段，至炮石口一带至下午5点时全部失守，特别是龙儿峪（也叫杨儿峪）的失守，让145团陷于被围的危险。
造成现在这种局面，关麟征认为都是112师轻易丢了将军楼造成的，而张廷枢表示不背这锅，底下人也是经历了血战才丢的将军楼，而且怎么你东段阵地丢失那么多，我西段防守阵地可没丢。
两人谁也不想背上战事失利的黑锅，分别向北平军分会发经过艺术加工的电报：张廷枢离谱点，称日军在早上即步兵千人与飞机大炮等攻击他之阵地，112师沉着应对，虽有死伤却守住了阵地。战至午后三时许，因日军主力全来了我们这面，将军楼才被占领。将军楼丢失后张师长廷枢以将军楼为战术要点，亲率卫队连及第六三四团之第二三营拚命争夺，得而复失者数次，奈敌炮空联合轰炸，守兵伤亡极多——日军从早上即开始千人攻击？不可能，日军早上才从巴克什镇出发，如何能在早上组织起千人攻击？至于张廷枢身先士卒，带卫队与日军拼命争夺就更不可能了，咱们算将军楼是3点半丢的，张廷枢下午4点发起反攻争夺，在17：30入夜前一个半小时能和日军拼出个几易其手的结果？有这组织力与战斗力早打回东北了。张廷枢在电报中只谈杀敌之困难与损失，将军楼的归属却没有指明。
关麟征还是要点脸的，在他的战报中日军早上只是炮火侦查与飞机侦查，那千余人的鬼子是不存在的。但在25师驻守的长城东线得失也是没有确切说明，特别是25师145团负责防守的东段，至炮石口一带此时全部失守，电报中没有说明，特别是龙儿峪（也叫杨儿峪）的失守让日军得以在145团与友军间打下了枚锲子，让25师防守态势急转直下，这么重要的情况在军报中都没说明，只是称“敌虽反复冲锋达五六次，希图占我右翼阵地长城各炮楼，终未得逞”似是表明25师仍守在，这是瞒报，是要受军法惩处的，关麟征也明白这点，所以第二天关麟征派预备队前往杨儿峪增援，以求尽快夺回杨儿峪，不然瞒报之事就会露馅。
3月11日拂晓，日军总攻开始。结果昨天危如累卵的25师阵地没被日军突破，112师那却出了问题，112师635团团长白玉麟在阵前督战时阵亡，张廷枢痛失爱将，一边派人与王以哲和关麟征说声一边把部队撤了下来，日军很快占领了古北口关口。
占领古北口关口后，日军即调动部队包围第25师阵地。145团因遭日军南北两翼夹击，损失惨重。
关麟征与杜聿明在二线看着从一线撤下来的东北军先是一阵懵懂然后是心如死灰。
情势急转直下，关麟征命令杜聿明到古北口南城正面指挥，自己则带直属特务连亲赴前线，指挥第75旅反击一线阵地。结果关麟征率队进发时遭到了日军小部队的阻击，双方开始互抡手榴弹，事实证明掷弹筒比手榴弹好使，关麟征被掷弹筒炸伤后负伤五处不下火线指挥作战，并带人夺回潮河支流北岸高地北山，此次反攻25师伤亡极惨，关麟征卫队几十人或伤或死，149团团长王润波也牺牲了。但关麟征的个人勇猛在此战中改变不了25师的部队已经给日军分割开来的局势，战争胜利的天秤已倒向日军。
关麟征送院前把指挥大权托与杜聿明，当晚杜聿明恢复师指挥所，此时25师参战各部伤亡惨重，兵力数量优势不复存在，杜聿明急电请示徐庭瑶军长同意后，在古北口以南的南天门一线构筑阵地，准备撤退。
与在指挥部痛骂东北军无能的杜聿明一样，张廷枢也在骂中央军，齐装满员的112师此战伤亡了2000余人，团长白玉麟也死了，底下人又报上来河西方向有中央军向己方射击的事，让张廷枢更恨。
此时万福麟与张作相来电，要张廷枢“相机行事”的。张廷枢一不做二不休当晚就带着112师撤往昌平修整。
12日，日军在重炮和飞机的支援下，扩大昨日的战果，第145团被分割成两部分，杜聿明没奈何只好按昨夜所做计划开始撤退。
撤退的时候，大家都忘了在开战之初曾向“帽儿山”高地派出了一个7人的侦察哨，由于联络中断，这7人没有接到撤退命令，仍然坚守。开始日军忙着占领古北口没空理会此地，第二天，日军调来2000人与飞机重炮清缴，而七勇士居高临下依靠地势顽强机智抵抗，子弹打光了，用石头砸，用枪托、刺刀和日军肉搏，杀敌160人，伤敌200余人后全部壮烈牺牲。
日军原以为帽儿山有上百人把守，当他们发现只有7具中国军人的尸体时，大为震惊，下令挖了个大坑，将7人合葬，在坟前立了一块木碑，上面写着“支那七勇士之碑”，然后率全体官兵鞠躬致敬。开始大家还以为七勇士是东北军的，后来翻查后才知道是中央军的，但七勇士的名字却没留下。