只是局势变化太快，还没等张雪良安排这一切，汤玉麒就宣布投降日本人，正所谓兵败如山倒汤玉麒的投降令东北军热河、辽西防线瞬间奔溃。
锦州、锦西、朝阳、北票、开鲁等地纷纷沦陷，关东军集中航空兵又对热河、锦西通往关内的铁路进行轰炸。
关东军飞行集团为此次战役准备了近100吨炸弹，在关东军猛烈的轰炸下，关外东北军时常得不到有效救济，虽然除汤玉麒所部外，各部作战顽强，但仍然挡不住关东军的钢铁洪流。
其中表现最亮眼的竟然是孙殿英所部的第四十军，第四十军以关东军在赤峰附近激战七昼夜，其所部损失惨重。
期间孙殿英所部在赤峰以东哈拉道口袭击日军第6师团，战斗异常激烈，第40军一直打到第6师团师团部附近，第6师团师团部不得不将参谋、勤务人员动员起来，抵挡第四十军，若不是后续部队及时增援上来，只怕第6师团师团部就被第四十军一锅端了。
眼见的热河局势危机，张雪良不得不赶紧给常凯申发电请求中央军北上支援。
此时南京政府精锐的中央军此时正在江西进行大规模内战，根本无暇北顾。
常凯申发给张雪良的电报也通常是只打雷不下雨，给东北军支援的有限。
在接下来的几天中关东军第11师团攻陷绥中、前所逼近山海关。
山海关又有天下第一关之称，被誉为边郡之咽喉，京师之保障，地理位置极其重要，拿下山海关关东军便能由此南下威胁华北平原。
驻守山海关的是东北军步兵第9旅第626团，团长为石世安，根据1901年辛丑条约中国军队不能在山海关构筑工事，这让626团防守难度增大，好在队伍士气高昂。
10月15日日军第11师团在航空兵和第二遣华舰队协助下向山海关发起进攻，日军凭借火力优势让626团损失惨重。
日军又从后方调来装甲列车支援作战，激战至16日，626团以伤亡过半，营长安德馨，连长关景泉、王宏元、谢镇藩等人牺牲，不得已石世安只能率部从北水门撤出，山海关沦陷。