到达天津的日本军队正通过万国桥
日军主攻方向为第8师团(师团长西义一)，下辖步兵第4旅团（旅团长铃木美通）、第16旅团(旅团长川原侃)、骑兵第8联队、炮兵第8联队、工兵第8大队，配属的第1战车队、旅顺重炮兵大队、关东军汽车队及伪奉天省警备军于芷山部的伪独立第1旅李寿山部共约 1.5万人。以第4旅团为先遣部队，于21、22日先期占领了第5军团防守的南岭、北票，掩护其主力展开。
守军第4军团的防线为朱录科(不含)、叶柏寿、大城子、凌南、喇嘛洞、于沟镇、义院口之线，正面约400华里，构筑了线式阵地，工事简陋，后方交通困难，一线突破，全线即有瓦解之虞。该军团的兵力部署为：第130师防守叶柏寿至大城子间阵地，第119师防守大城子至凌南间阵地，第129师控制平泉、三十家子间地域，第108师防守凌南至喇嘛洞间阵地，第116师防守喇嘛洞至义院口间阵地，第106师控制叨尔磴、汤道河间地域，炮兵第11团配置于左翼凌源附近。
日军于2月23日开始进攻，25日占领朝阳。3月1日，日军挺进支队第16旅团乘汽车沿公路南进，下午进至叶柏寿时遭到第130师的阻击。激战至傍晚，守军阵地被突破，第130师和前来应援的第 129师第1团被迫向平泉撤退。3月2日，日军继续攻击前进，于当日ll时攻占凌源，与由绥中西进的混成第14旅团会合后，向平泉进攻。第130师退至平泉与第129师会合后准备重新组织防御，但由于第4军团其他各师已全线动摇，该两师亦随之向喜峰口撤退。3日拂晓日军占领平泉，14时日军一部向承德迫近，19时左右进至承德以东约50公里的三沟，与第5军团守军接触。
第5军团第一线阵地及前线阵地各部队，在中路日军第8师团和北路日军第6师团进攻下一触即溃，在朝阳的团长邵本良和在开鲁地区的骑兵旅长崔兴武先后投敌。其余一部退往赤峰，一部退往承德。3月3日晚，当日军进至承德以东的三沟时，汤玉麟不仅没有组织防御，反而下令赤峰附近所属部队撤向半截塔，自己率承德地区的部队撤向滦平、丰宁地区。汤玉麟本人以200辆汽车装运私产，逃往天津。3月4日11时50分，日军先头分队骑兵第8联队128人不费一枪一弹占领了承德。
