同一天，宋哲元再次向南京发电，言他会本着“中央之意旨”处理相关事宜，但因他的部队均处驻防状态，散落于平津各地，集结需待时日。且天津“大沽小站一带”已非常危险，请示南京是否应该放弃驻防。蒋介石立即回电，告知宋哲元“天津绝对不可放弃”，同时切望第二十九军“从速集结兵力应战”。为促使宋哲元尽快行动，蒋介石专门抽调了六个高射炮连开赴保定，命其归宋哲元指挥，并命令军政部部长何应钦“速运子弹三百万颗”给第二十九军。但是，宋哲元的态度还是模棱两可。
就在宋哲元想方设法与香月清司商谈妥协条件时，日军紧张地准备着进攻北平和歼灭第二十九军的作战计划。这一计划于十五日报给日军陆军部：“以突然行动进攻第二十九军，并将其扫荡至永定河以南。”同时，“以现有兵力进出保定、任丘之线，增加兵力后进至石家庄、德州一线，并准备与中央军进行决战”。作战计划拟动用的兵力除以河边正三为旅团长的中国驻屯军步兵、炮兵、坦克兵和骑兵之外，还有增兵中国的第二十师团，独立第一、第十一混成旅团以及以德川好敏中将为兵团长的航空兵团。航空兵团拥有侦察机七十二架、战斗机八十四架、轻型轰炸机三十六架、重型轰炸机三十架，作战飞机总计二百二十二架。
中国方面得到相关情报后，何应钦再次急电宋哲元，告知他日军正在集结，企图包围北平并歼灭第二十九军全部。始终对南京怀有戒心的宋哲元不但将信将疑，而且为了不刺激日军，竟在这天致电上海各界救亡团体，谢绝了抗日热情高涨的国民对第二十九军的慰劳。宋哲元对蒋介石中央军的警惕，比日军还甚，这让中央军派系的大员们感到既恼怒又无奈。
十六日，关东军的两个旅团抵达平津地区，朝鲜驻军的一个师团正在向平津疾进，德川好敏的航空兵团已集结于长城附近待命出击。此时，蒋介石召集的各路军阀和各界名流已陆续上了庐山。一九三七年七月十七日，蒋介石在庐山上发表了讲话。在这个著名的关于“最后关头”的讲话中，中国政府表明的抵御外侮的决心前所未有。
此刻，在日本军政高层内部，矛盾的激化仿佛他们也到了“最后关头”。战争狂热情绪的日益膨胀，令作战部部长石原莞尔十分焦虑，因为他计算了一下，日本国内能够动员的兵力总数为三十个师团，除去在“满洲国”和朝鲜的驻军之外，在中国方面最多只能投入十一个师团。因此，如果这时候发动对华全面战争，“其结果只有和西班牙战争中的拿破仑一样陷入无底深渊”。因此，他甚至主张应果断地将华北军队全部撤至山海关以北，然后由“首相亲自飞南京和蒋介石解决中日根本问题”。可是，“扩大派”的将领坚决反对石原莞尔，他们认为这样会导致日本丧失在中国的全部利益，甚至会导致日军不得不从“满洲国”撤退，这样一来将是日本“国策”最悲惨的失败。
十七日上午十一点，几乎是蒋介石发表“最后关头”讲话的同时，东京日军参谋本部正式通报了陆海军《关于华北作战的协定》。《协定》的具体说明是：“讨伐华北的中国军队，作战尽量限制在华北，然由于情况变化，可能转为对华全面作战”；决定在二十日之前，动员国内三个师团的兵力向华北集中；增援兵力集中完毕后，“一举击溃中国军队，并占领保定、独流镇以北”。参谋本部对战争的预定是：两个月内消灭中国军队第二十九军，三至四个月内以全面战争消灭中国的国家政权。
然而，就在蒋介石发表“最后关头”讲话的当晚，张自忠代表宋哲元向日本驻屯军提出了妥协方案，内容包括：宋哲元道歉，处分当事者营长，取缔排日言论、组织和活动，北平由宋哲元卫队驻扎等。十九日，宋哲元与冀察军政首脑们乘坐日本人准备的专列离开天津前往北平。就在列车行进于半途中时，卢沟桥前线再次传来中日两军发生冲突的消息。当晚十时，日方发表了一个类似“最后通牒”的声明，声称二十日午夜后日本驻屯军将“采取自由行动”。得到消息的张自忠立即派出代表会晤驻屯军参谋长桥本群，一个小时后，即与日方签订了包括“彻底弹压共产党的策动”、“冀察方面主动罢免不适宜职员”、“第三十七师主动撤出北平等条款在内的秘密协定。
宋哲元认为，既然已经全部答应了日本人的要求，日军就不会把第二十九军赶出平津地区了。宋哲元甚至向日本北平特务机关长松井太久郎保证，他有能力阻止蒋介石的中央军北上，至少能够确保中央军停留在保定以南。