第83师为第17军中装备最精良之师，全师1万多人，武器皆进口于德国，士兵都配戴德军M35钢盔，称为“德械师”，战斗力颇强。日军攻占南天门八道子楼后，将山炮等重火器搬了上去，在各高地设炮兵观察哨，对第83师的布防进行准确炮击。日军在坦克掩护下进攻，第83师虽拼死抵抗，但缺少反坦克武器，日军得手。从4月28日到5月上旬，第83师在372高地、425高地、车头峪、大小兴开岭、上堡子、笔架山、香水峪等地和日军英勇作战，伤亡惨重，刘戡甚至将卫生兵、炊事兵都组织起来投入战斗，但阵地不断被日军攻占，眼看几天前还装备精良的部队，现在损失惨重，刘戡拔枪准备自杀，被参谋长符昭骞等人夺下枪支。
第2师原本奉命开往后方整理补充，5月10日夜间行至密云，突接上峰十万火急命令，说前方军情紧急，命其立即回师增援，第2师又向南天门前线疾进。5月11日过午，郑洞国甫率第2师一部接替第83师防务阵地，日军即出动四五千兵力，在飞机大炮的掩护下猛攻过来。此时第2师后续部队尚未上来，郑洞国旅部兵力不足两千，且连夜急行军，甚为疲劳。面对强敌，郑洞国率部铁血苦战，顶住了人数、火力俱倍于自己的强虏。此后血战又坚持了三日三夜。
第17军在古北口、南天门一带，前后与日军血战达两个多月，击毙击伤日军五千余人，自己也伤亡近万人，为当时长城抗战作战时间最长。战事最为剧烈之战役。同年6月19日蒋介石日记也特别记载：“此次第二、第二十五、第八十三师等师战结果，所余官兵不过三分之一，而各团反攻时，有只余六人生还者，其余因伤自戕之官长，不可供仆数。”
长城抗战虽然暂时失败了，但中央军及友军用血肉之躯挫败日寇锐气，在国人心目中筑起了一道新的长城。
塘沽停战协定
长城抗战后，南京政府持一面交涉、一面抵抗之政策，以黄乳北上主持政务，何应钦以北平军分会委员长名义主持华北军事。
