平津作战结束后 ， 中国军队多集中于保定 ， 平汉线及保定的战略地位更显突出 ， 成为中日双方必争之地 。对中方来说 ， 拥有保定 ， 进可以收复平津 ， 退可以沿路拒敌 ， 粉碎其“速战速决”战略 。为防敌人南侵 ， 拱卫保定 ， 中方在平汉线保定以北地段上设置了三道防线 ， 其配置如下：孙连仲第1军团(第26路军)及檀自新骑兵第10师在房山、琉璃河、固安一线布防;曾万钟第3军在易县、涞水、高碑店一线构筑阵地;关麟征第52军在满城、保定及新安一线设防 。
此外 ， 又以裴昌会第47师集结在第一与第二道防线之间的涿县 ， 作为机动 。蒋介石一再催促有关将领加速修筑御敌工事 ， 他在给石家庄行营主任徐永昌等的电报中称：“构筑据点、赶修城防 ， 与构筑阵线同样重要;而据点尤宜固守也 。此时应严令各县长赶修城防 ， 速为固守之备 。遵办如期完成者 ， 加赏晋级;否则严惩勿贷 ， 并作为有意放弃城垣 ， 不尽职守 ， 以汉奸罪论也 。此事比任何防务为急要 ， 务希派员督促 ， 并筹划守城之准备为要 。”(《蒋介石致徐永昌刘峙电》(1937年8月10日) ， 载《作战经过(二)》 ， 第116页 。)
平绥线作战先期发动后 ， 蒋介石曾有利用平汉线支援平绥线 ， 甚至两线合击反攻平津的设想 。他先命令卫立煌率第14集团军北上增援南口 ， 后又批准第2集团军反攻北平的计划 ， 该计划称第2集团军“应以一部在固安附近牵制当面之敌 ， 另一部沿平汉线前进 。主力由房山县西北山地向北平进出 ， 协同南口友军会攻北平” 。(《刘峙致蒋介石电》(1937年8月18日) ， 载《作战经过(二)》 ， 第124页 。)8月19日 ， 蒋电令徐永昌、刘峙 ， “各路各派有力之一部 ， 向平汉路攻击前进 ， 使敌军首尾不能相应 ， 以达成卫(立煌)军之任务 。如津浦路不及出动 ， 则平汉路亦应单独前进” 。(《蒋介石致徐永昌刘峙电》(1937年8月19日) ， 载《作战经过(二)》 ， 第126页 。)然而 ， 随着日军大举增兵华北 ， 中方反攻计划成为泡影 。
为掩护第14集团军的北上行动 ， 孙连仲率第1军团向良乡、坨里作局部进攻 ， 牵制日军 。8月21日 ， 该部与日军第20师团接触战斗 ， 南口失守 ， 第1军团即后退设防 。
9月4日 ， 日本华北方面军司令寺内寿一下达作战命令 ， 要求第1军“消灭面前敌之先遣兵团……准备攻击保定附近之敌” 。(《日本军国主义侵华资料长编——(大本营陆军部)摘译》 ， 第356页 。)10天后 ， 第1军对平汉线发起总攻击 ， 分三路南下：第20师团沿铁路线向房山、琉璃河正面攻击;第6师团、第14师团则在平汉线东侧分别渡过永定河 ， 攻固安和永清 ， 对保定以北的涿县成合击之势 。中国守军均在正面凭借所筑工事抗击来犯之敌 ， 战况甚烈 ， 至18日 ， 日军首先从右路突破防线 ， 中国部队纷纷后撤 ， 放弃涿县 。其中第3军退向保定 ， 万福麟第53军移至任丘 ， 其余各军则撤到石家庄一带重新布防 。这样 ， 中方设置的第一道防线被敌突破 。第二道防线则是不战而溃 。
日军决心全力攻击平汉线 ， 迅速占领保定 。第1军沿铁路两侧急速南下 ， 21日已经到达保定以北 ， 在铁路西侧 ， 第20师团一部与中国关麟征第52军在满城发生战斗 ， 击穿守军阵地 ， 并挺进方顺桥 ， 抄保定守军的后路 。一部直攻曹河 ， 从正面压迫保定 。同时 ， 华北方面军命令在津浦线作战的第2军以一个师团朝正定突击 ， 切断平汉线中国军队的退路 ， 命令第5师团派主力配合第1军攻保定 。平汉线上的态势不利于保定城的防守 ， 中国军队“本拟于保定附近与敌决战 ， 然仅有关麟征三个师 ， 不愿将其消耗于河北” ， (《白崇禧回忆录》 ， 第157页 。)遂决定退出保定 。9月24日 ， 日军占领平汉线上战略要地保定 。