8师第16旅进攻，激战至9日夜退守古北口一线阵地，第17军第25师进至古北口加强第67军二线阵地，日军第16旅集中兵力在炮兵队、飞行队和战车队配合下，向古北口猛攻。守军英勇抗击与反击，损失过重，至12日古北口失守，第25师退守南天门一带阵地，由第17军第2师接替第25师防务，次日第83师投入战斗，击退日军后，双方对峙.
日军第16旅在飞机十余架、坦克30余辆、
大炮数十门支援下，分三路进攻南天门附近八道楼子、田家庄、界牌峪阵地，局部工事被摧毁，守军伤亡惨重，仍顽强抗击，第16旅得第4旅一部增援后，向南天门正面及其两侧阵地猛攻，并施放烟幕掩护坦克、步兵多次冲锋。守军第2、第83师、骑兵第1旅、炮兵第4团顽强抗击，激战至28日，由南天门撤守磨石山、大小新开岭、北香岭、丰城庄之线。日军继续进攻，第17军3个师在上述地区以及笔架山、南香峪等地苦战13天后，于5月13日撤至
密云区。至此，中国军队在古北口以上万人的伤亡代价，抗击了武器装备占优势的日军近70天。其间，第26军包围进至兴隆县城的日军1个营，攻击三天未克，后因日军增援被迫撤退，于5月14日奉命占领九松山预备阵地。
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