3月8日晨，日寇在飞机和远程重炮的掩护下，向古北口大举进攻，中国陆军白玉麟部与敌展开激战。该团将士与日军展开殊死战斗，日寇伤亡惨重，中国军队依然牢牢掌控古北口。3月9日，日寇绕过长城，前后夹击据守古北口制高点“将军楼”的634团，中国军队腹背受敌，但仍顽强战斗，打得长城上下尸横遍野，十分惨烈。日军在付出了惨重代价后，占领了炮筒子沟口。635团团长白玉麟带兵前往，经过血战，重新夺回炮筒子沟口。日军随后派出飞机进行轰炸，白玉麟团长不幸为国捐躯。3月11日上午，日军占领“将军楼”。

随后，在防守要地龙儿峪，17军第25师145团戴安澜部与日军主力展开激战。团长戴安澜身先士卒，虽身负重伤，仍顽强指挥战斗。师长关麟征在得知战况后，亲自率领特务连和149团前往增援，途中与日军展开遭遇战，双方短兵相接，展开肉搏。关麟征率部冲锋，虽被日军手雷炸伤五处，血流不止，仍大呼杀敌。最后，经与日军反复激烈搏斗，日军撤退，龙儿峪阵地战中国军队胜利，暂时稳住了右翼防线。12日凌晨，日军第17联队主力以及第32联队第3大队开始对145团发起猛烈进攻，关麟征急命第149团增援。149团团长王润波与日军肉搏战时被日军炮弹炸伤。此时他拒绝下火线，仍坚持与日军厮杀，最终因失血过多而身亡。中国军队在连续击退日军3次大规模进攻后，由于伤亡过大，只得且战且退，撤出古北口。

在战略要地“帽儿山”前沿观察哨驻守的是145团的7名战士，他们的任务是随时把前线的战况通过电话向师指挥所报告。当中国军队大撤退时，观察哨与师指挥所的电话线已被炸断，没有得到撤退命令。7名官兵毅然坚守阵地，利用地理优势打退了大批日寇的数次攻击。日军摸不清山上到底有多少军队，不断组织大批军队进行强攻，7名官兵为大部队撤退争取了时间。大部队渐渐远去，但7人已被日军团团围住无法撤退。日寇多次进攻都被打退，只好调来５架飞机对山顶进行地毯式反复轰炸，之后再进攻，但又被顽强的7人打退。随后，日军调来10门重炮对山顶再次狂轰，之后再进攻，又被打退。日军气急败坏，不得已组织空军、炮兵、步兵联合进攻。3名战士阵亡，1名战士重伤，腿被炸断。断腿的战士向班长要过机枪，继续向日寇射击，直至战死沙场。另外3名战士直至子弹打光，搬起石块砸向日寇，随后冲入敌群与日寇展开刺刀拼杀，壮烈殉国。此战创造了二战史中绝无仅有的防守战例。日军将领大为惊诧，佩服至极，遂将７勇士安葬山下，立碑署文“支那七勇士之墓”，并列队鞠躬致敬。另外，中国军队360余名阵亡将士遗体合葬于古北口长城脚下，建古北口阵亡将士墓。

长城抗战第一阶段20多天的作战，不仅给目空一切的日本侵略者以沉重打击，而且鼓舞了中国的士气、民心。但此时蒋介石国民党的总方针是“攘外必先安内”，“剿共”重于抗日。他们把长城抗战不过只是当作应付舆论，争取和谈妥协的权宜之计。到3月底，不仅未采取发展胜利的措施，相反，经蒋汪南京会商后，开始筹划对日谈判，导致长城战局向不利方面转化。

古北口抗战，虽因国民党政府奉行对日妥协政策而告失败，但是17军爱国将士的鲜血没有白流。他们悲壮的失败，使民众认识到了国民党政府对日妥协政策的误国。将士们的英勇抗日，使民众看到了中国的希望，激励着千千万万的中国人走上抗日救国战场，用民族之魂和血肉之躯筑起坚不可摧的新长城。

古北口之战在长城抗战中作战时间最长、战事最为激烈。参战官兵以民族大义为重，显示了中国军队抵御外辱的能力，表现出来的“长城精神”和民族气概将万古长存。