各部及东北义勇军共20多万人。关东军司令官武藤信义在长春下达466号作战准备令，完成部署。2月17日，武藤信义下达了473号攻击令，准备2月23日开始军事进攻。2月18日，张学良、张作相、汤玉麟、万福麟、宋哲元等27名将领在承德发出热河抗日通电。
在关东军司令官武藤信义指挥下，以张景惠为“满洲国讨热军总司令”，大本营设在锦州，日伪军总共达10万余人，兵分三路：北路以日军第七师团和伪满洲国军张海鹏、程国瑞部组成，由通辽出发，攻开鲁、新惠、建平，目标赤峰，之后南下承德；东路以日军第八师团和伪满洲国军李寿山部组成，由锦州出发，沿锦朝线（现锦承线）进攻北票、朝阳、叶柏寿，最后向承德进犯；南路由日军第七师团、第十四师团、骑兵第四旅团和第八师团一部，另有伪军丁强（李际春）部，从绥中出发，向建昌、凌源、平泉进攻，再向承德进犯。此外，侵占长城沿线的日军第八师团一部和驻山海关守备队组成一个支队，由古北口出发北上，直犯承德。
针对日伪军三路进犯热河，东北军也分三路应战：北路开鲁至赤峰一线，由孙殿英部和热河省军骑兵第十七旅崔兴五部防守，东北义勇军冯占海、李海青、刘振东等部协助战斗；东路北票至朝阳、建昌一线，有黑龙江省军第十三旅于兆麟部、热河省军步兵第三十八旅董福亭部和退入该地区的东北义勇军李春华、唐聚五部；南路凌源至平泉、承德一线，由东北军第十六旅缪澄流、第八旅丁喜春、第十九旅孙德荃和黑龙江省军第十九旅王永盛等部防守。日军猛攻天山，东北军石文华旅全线溃逃。3月2日，日军进攻林东，东北军崔兴五旅率部投降，3月6日，日军攻占林西。中国守军热北防线全线崩溃。
日军第八师团主力开始进攻叶柏寿，遭到守军黑龙江省军于兆麟旅的抵抗，日军约5000多人，有飞机9架、坦克30余辆与陆军配合向中国守军阵地猛烈攻击，激战六七个小时。于兆麟旅伤亡很大，六八八团第一连连长以下全部阵亡。但是，朱碌科阵地在二十九旅六八四团增援下，始终没被攻下，日军只好绕过叶柏寿直取凌源。
3月2日黎明，日军第18师团长小矶国昭中将见进攻赤峰受阻，率快速部队及骑兵源源而来，炮声隆隆，在众寡悬殊情况下，夜间3时，敌人占领城东沙陀子，以猛烈炮火向城内轰击，中午12时，孙军各部退回赤峰市内，整编准备与日军决一死战，日军兵临赤峰城下，向东门、北门、西门的中国守军进攻，把大炮架在城东门外，
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