1933年3月2日，日軍以錦州為大本營分兵三路對熱河省發動進攻：一路由綏中進攻淩源；一路由錦州進攻朝陽；一路由通遼攻進開魯。
湯玉麟部的崔興武旅負責防守開魯一線，其部在日軍飛機、坦克陸空配合作戰下首先投降；萬福麟的第四軍團負責防守淩源一線亦聞風潰退；朝陽隨即失守，三條陣線同時潰敗，使日軍如入無人之境。日軍攻占淩源、赤峰一線，熱河告急。
3月3日，日軍進攻熱河省會承德，先頭部隊128名騎兵出現在承德城外，湯玉麟留下孫殿英部抵禦日軍，自己率5000軍隊和省政府機關人員，攜帶著積攢多年的金銀財寶，裝滿了幾十輛大車，一槍未放撤出熱河。
熱河之役的主帥湯玉麟和張作相都都走了，土匪出身的孫殿英，被秦笛砍了一根手指的孫殿英，率部與日軍浴血奮戰七天七夜殲敵四五百人，打出了中國軍人的威風，受到全國人民的好評（十年後，孫殿英投降日本人，當了偽四方麵軍總司令）。
日軍僅用了七天時間，就占領熱河省全境，消息傳出，輿論大嘩。很多人建議把湯玉麟捉住正法，以振士氣而勵人心，但湯玉麟已逃往察哈爾，竟得幸免。
3月8日國民政府正式宣布對湯玉麟“褫職查辦”，但丟失東三省和熱河省的真正原因是張學善的不抵抗，因而國人將攻擊目標主要集中在張學善身上，甚至直指清先生。
3月8日張學善被迫向南京政府辭職。
宋子文與張學善商談了善後問題，將東北軍編組為四個軍，由於學忠、萬福麟、何柱國、王以哲四個人分別統率，北平軍分會由何應欽任代理委員長，並調中央軍第2師黃傑和第25師關麟征開赴古北口，以抵抗日軍的前進。
從1933年1月，到1933年5月，包括熱河省失陷在內，中央軍調動宋哲遠的29軍，徐庭瑤的17軍，還有馮玉祥、張學良的軍隊，跟日本人對峙、廝殺小半年，史稱“長城戰役”。最後，中日簽訂《塘沽協定》，國民軍退出熱河和冀東！日本打開了進攻華北的門戶！