临赤峰城下，向东门、北门、西门的中国守军进攻，把大炮架在城东门外，向三道街轰击，而孙军炮火仍未到达，守军处于劣势，孙殿英亲自登上东门督战，直到下午4时许，赤峰城区仍然牢牢地控制在中国守军手中。日军只能调整进攻部署，迂回到头道街大和洋行，将房舍炸开冲入头道街，此时孙殿英正在东门指挥战斗，见城区已破立即组织守军在头道街、三道街开展巷战，他登上东门城楼，发誓与赤峰共存亡。县长孙廷弼眼见城区即将毁于炮火之中，出于保护城区居民的安危考虑，派赤峰农会会长宋子安恳求孙殿英撤军，孙殿英洒泪率军向西屯突围，东北义勇军并未撤出。下午5时许，日军攻入城内，东北义勇军各部与日军展开巷战，经过一番苦战，守军弹尽粮绝，相继退出，赤峰沦陷。孙殿英部在赤峰退却之后，在二道河子一线构筑工事与日军继续激战，直到3月8日下午防线被日军突破，中国守军向围场转移。
汤玉麟听闻赤峰沦陷后惊慌失措，从北平、天津征集大批汽车，并扣留前方军用载重汽车240余辆，装载私产和鸦片等运往天津租界。1934年3月3日，张作相的第二集团军司令部从承德移驻古北口；4日清晨，汤玉麟还未见日军踪影，便放弃承德逃往丰宁。4日中午，日军川原旅团派128人，兵不血刃占领热河省会承德。3月10日攻占了乌丹和围场，中国军队撤至半截塔、丰宁地区，日军撤回赤峰集结待命，热河沦陷。至此，鼓噪一时的热河抗战，12万东北军在数万义勇军的协助下，竟然被日军打的狼狈逃蹿，仅仅12天热河就全部沦陷。
热河陷落后，东北各地义勇军失去了赖以回旋的大后方，断绝了一切武器、弹药和其他物资来源。这个时候他们才想到黑龙江的王以哲。没有办法的情况下全部向北方撤退，这个时候王以哲为了策应义勇军的撤退，马上在黑龙江的沿岸摆出一副进攻的模样，结果日本人还是很配合的给义勇军撤退的空间，这个时候所有的华夏的老百姓拿王以哲和张少帅相比，还有就是人家128人就占领了热河，这个才是东北军最尴尬的事，张少帅把汤玉麟可是恨透了，自己在全国的人面前丢了大脸。