因为卢沟桥战略地位非常重要，所以宋哲元的第29军，除了把主力部队37师布防在卢沟桥地区外，还把军部设在距卢沟桥不到10公里的南苑。第29军虽有10万人之多，却担负着平津两市和察哈尔、河北两省的守备任务，这一带地域广阔，因此驻扎比较分散。据第29军一些老兵回忆，当时这些极度压抑的中国士兵都有着强烈的作战欲望，无论吃饭还是睡觉，都要高唱军歌，提醒自己莫忘国耻。
宛平危急
凌晨3点30分，北平市内焦急等待消息的秦德纯又接到电话，电话是团长吉星文打来的，他告诉秦德纯：“约有日军步兵一营，附山炮四门及枪关枪一连，正由丰台向卢沟桥前进。我方已将城防布置妥当。”大约10分钟前，一直密切关注对方动态的中国士兵突然发现，日军散开成为散兵线，以宛平县城为目标，向西急进，于是急忙将情况报告给秦德纯。
秦德纯当即向守卫卢沟桥的219团团长吉星文指示：“保卫领土是军人天职，对外战争是我军人的荣誉，务即晓谕全团官兵，牺牲奋斗，坚守阵地，即以宛平城与卢沟桥为吾军坟墓，一尺一寸国土，不可轻易让人。”吉星文当即回答：“请长官放心，吾团全体官兵已经做好一切战斗准备，誓与宛平城共存亡，卢沟桥不是吾人坟墓就是敌人坟墓。”吉星文信守一名军人的承诺，后来在守卫卢沟桥战役中，率敢死队出击果然表现英勇。
王冷斋与日方经过一番交锋而一起进入宛平县城。他们正在商议调查办法时，忽听城外枪声大作。中国守军予以还击。“（日军）至距离约百米时，竟发炮鸣枪，冲锋前进，于是事件之冲突，遂即开始。”这是天津《益世报》在“卢沟桥事变”发生后第一时间所写报道里描述的细节。当日军向城内开枪时，中方军人起初还以为仍是演习，“及见其愈迫愈近，有意挑衅，始知系抢夺县城，当即起而应付，为正当防卫计，予以还击”.见遭到抵抗，日军用小钢炮和小过山炮轰击，以掩护步兵前进。
事件直接当事人清水节郎曾在其笔记中作如下记述：22时半左右，传令休息，“我站起来看了一下集合情况，骤然间假想敌（日军）的轻机关枪开始射击起来。我以为是那边的部队不知道演习已经中止，看到传令兵而射击起来了。这时，突然从后方射来几发步枪子弹，凭直觉知道的确是实弹。可是，我方的假想敌，好像对此还没有注意到，仍然进行着空弹射击。于是，我命令身旁的号兵，赶紧吹集合号。这时，从右后方靠近铁路桥的河堤方向，又射来十几发子弹。回顾前后，看到卢沟桥的城墙上和河堤上有手电似的东西一明一灭（似乎打什么信号）。中队长正分别指挥逐次集合起来的小队做好应战准备的时候，听到了一名士兵行踪不明的报告，就一面开始搜索，一面向丰台的大队长报告这种情况，等待指示”.今井武夫回忆录里，也引用了清水节郎这个说法，大意是说，日方在演习过程中错误地弄响了对假想敌人（中国守军）射击的轻机枪空弹，引来了龙王庙那边打来的十几发实弹。
点燃战火
根据今井武夫的回忆，凌晨1点左右，他跑到隔壁的联队本部，看到联队长牟田口廉也大佐以及主要军官们，个个身穿整齐军装，围在办公室中央的一张长方形桌子旁。因为时任驻屯军步兵旅团长河边正三少将不在北平，联队长牟田口廉也便成了当天日方最高指挥官。
过了一会，大队长一木清直从前线打来电话，特地要求联队长牟田口廉也亲自接电话。今井武夫听到牟田口廉也斩钉截铁地说：“被敌攻击，当然还击！”然后“他避开话筒，独自嘀咕着：‘受敌攻击，不知所措，还等指示，天下哪有这样的军人？’”
今井武夫回忆，目睹这一幕，他已预感到这个命令将会导致的严重后果。电话那一头的一木清直似乎也感到事态的严重性，他又不放心地叮问一句：“是可以开枪吗？”接着又慎重地说：“既是这样，事关重大，请对一下时间吧！”
“上午4时23分。”这个时间就这样定格在历史上。
今井武夫在回忆录里写道：“事后一木和我谈及他当时的心情时说：‘得到联队长的射击命令时，我大吃一惊。’”这位发动对宛平攻击的直接指挥官，1942年在瓜达尔卡纳尔和美军战斗失败后自杀。
对于“卢沟桥事变”,牟田口廉也曾时常对人说道：“大东亚战争，要说起来的话，是我的责任，因为在卢沟桥射击第一颗子弹引起战争的就是我，所以我认为我对此必须承担责任。”他在笔记中也写道：“我挑起了卢沟桥事件，后来事件进一步扩大，导致卢沟桥事变，终于发展成这次大东亚战争。”
此其时乎
凌晨3点20分开始的枪声，一直持续至7点50分左右才停下来。之前秦德纯曾叮嘱吉星文团长：日军未射击前，我方不先射击，待他们射击而接近我最有效射程距离内，以“快放”、“齐放”猛烈射击。所以交战之初，日军伤亡颇重。这天上午，还在牯岭召开会议的中国军政最高统帅蒋介石，接到报告事变经过。蒋介石闻讯大惊，继而对日军制造这一事变的真实意图，以及中国将如何采取应对策略，做了反复思考与细致推敲，并在当天的日记中写下：“一、倭寇已在卢沟桥挑衅，彼将乘我准备未完之时使我屈服乎？二、与宋哲元为难乎？使华北独立乎？三、决心应战，此其时乎？”据《三联生活周刊》
