5月14日拂晓时分，日军步骑兵约2000馀人，配备20馀辆坦克，在飞机重炮掩护下进攻潮河右岸尚未攻克的中方阵地。
激战3小时后，被第25师75旅击退。
下午13时，第17军军长亲至渤海砦第25师师部，命令第25师于拂晓后移驻陈各庄、范各庄附近集结整理。
5月15日，军长徐庭瑶向委员长报告第17军所部参加古北口战役之经过以及伤亡情形。
同日，日本关东军发表公开声明，称只要中国军队放弃抵抗，日军可以停战。
当日，为与日军谈判停战，北平军分会命令第17军全部撤出战斗。
最终，第 17军全部撤出南天门阵地，第 2师调往密云休整，第 83师和 25师大部进驻北平城。
但，谈判的同时，日军为了争取更大的筹码，并没有停止攻击。
古北口沦陷后。
北平军分会令第26军萧之楚部驻防九松山预备阵地敌前接防。
北路日军第8师团、骑兵第4旅团一部则乘势于5月19日攻陷密云。
滦东方面，早于5月7日，日军第6师团，第14及第33混成旅团3万馀人，出冷口、迁安一线进攻滦东地区，威胁平津。
以海军第2外遣舰队沿秦皇岛—塘沽海岸线策应。
当天日军即突破滦河东岸突出部东北军第51军阵地，继而向两翼扩展。
5月11日夜，从多个渡河口成功渡过滦河。
北平军分会乃令何柱国、于学忠、万福麟部撤至宁河、宝坻一线，并令商震、王以哲等部也撤往该线，与北部第29军据守平谷—三河防线衔接，企图稳定防线。
但坏消息是接踵而至。
5月16日，遵化沦陷。
18日，玉田沦陷。
19日，蓟县失守。
至5月下旬，南路日军主力攻陷秦皇岛、北戴河、抚宁、卢龙、滦县、昌黎、唐山、乐亭等地，推进至芦台，天津危急。
北平军分会急令第59军傅作义部迅速向怀柔一线展开，以阻止日军行动。
此时，国军已在长城沿线苦战两个月，人员、装备均损失极重。
陷入孤军鏖战的危局。
国民政府在无兵可调的情况下，被迫转向与日本“媾和”。
5月21日，第59军易地进抵怀柔郊外将日军先头部队击退。
5月23日拂晓4时，日军第8师团主力在飞机，大炮掩护下，强攻怀柔，第59军官兵与敌连续激战15小时有馀，击退敌11次进攻，毙伤敌千馀人，并拟定于当晚组成敢死队夜袭敌营。
但却在是夜7时，由于受到和谈影响，北平军分会何应钦命令：“着全军即刻停战，撤至高丽营集结”。
此后，何应钦又三次致电傅作义，命令全军立即开始后撤高丽营一线。
午夜，第59军以团为单位逐次向指定地点秘密撤退，长城抗战最后一仗就此结束。
5月下旬，日军进至顺义附近，距北平仅50馀里，同时，原来准备从遵化、蓟县向北迂回企图突袭，夹击古北口的国军，见国军已撤退，遂西向三河挺进，第29军守卫部队也奉令后撤通县，三河沦陷。
南路日军占滦东后，又兵分两路，一路继续据芦台威逼天津。
另一路则转进宝坻进逼香河，与进迫通县和顺义之日军，对北平形成三面包围的态势。
日本飞机在北平上空盘旋示威。
至5月下旬，日军已侵占平津以东地区22个县，进至北运河与蓟运河之间，已损失惨重的国军在此两河地区，勉强与敌对峙。
整个长城抗战，中国投入包括中央军、西北军、东北军、晋绥军及其他杂牌部队在内，共9个师，29个步兵师，5个骑兵师共25万人，伤亡4万馀人，日军伤亡仅2600人（另二说伤亡四千馀人或五千馀人）。
第29军喜峰口大捷和第17军血战南天门、古北口，都是“最悲壮的牺牲”。
傅作义在奉命后撤时，曾对何应钦说：“只有敌军先撤，我们才能撤。我们决不在敌人火力下撤退”。
5月25日，何应钦派代表，参谋本部第二厅长徐祖诒以北平军分会上校参谋徐燕谋的名义赴密云，向日军第8师团长两羲一中将正式提议停战。
然后在日方拟定的《关东军司令官之意志》备忘录上签字，双方就停战谈判问题取得一致意见，该备忘录在永津备忘录上增加“日方为检查中方诚意，要派飞机侦察及必要的人员视察中国军队撤退情况，中方对此要给予保护和便利”，该条示永津临行前增加。
对此，徐燕谋提出异议，经争议，最后将“人员视察”改为“或其它方法”。
随后，关东军司令官命令各部队停止作战。
5月30日，中日停战谈判在塘沽日陆军运输派出所正式举行。
中方首席代表为北平军分会总参议熊斌，日方首席代表为关东军参谋副长冈村宁次。
日本海军舰艇同时开入塘沽港以示威胁。
5月31日，冈村宁次则蛮横地表示：“鉴于此次停战协定之性质（指日军掌握了战场主动权），只需质问中方是否同意关东军所提示之协议案，故中方上述提案不在回答之列”。
中方代表熊斌曾提出，要求日方删除协定草案的第4条（即关于“刺激日军感情的武力团体”一项）遭到日方拒绝。
日方坚持所提原案不得改动一字，中方首席代表被迫屈辱签字，且立即生效。
《塘沽协定》主要条款如下：
一，中国军一律迅速撤退至延庆、昌平、高丽营、顺义、通州、香河、宝坻、林亭口、宁河、芦台所连接之线以西及以南地区，尔后不得越过该线，亦不各有挑衅扰乱之行动；
二，日军为证实第一项之实行情况，得随时以飞机及其他方法进行监视，中方对此应予保护，并提供各种便利；
三，日军在证实中国军队已遵守第一项规定时，不再越过上述中国军之撤退线继续进行追击，并主动回到长城一线；
四，长城线以南及第一项所示之线以北，以东地区内之治安，由中方警察机关负责维持。上述警察机关不得利用刺激日军感情之武力团体”。
据此协定，河北省滦东等地的19个县被划作了“非武装地带”，中国军队无设防权力。
协定在实质上承认了日本侵占热河省的“合法性”，使“伪满洲国国界”扩展至长城一线，而且使平津地区大门洞开。
另外依第1条和第4条及附则规定，中国军队必须从冀东撤走，代之以“不刺激日军感情的中国警察机关”，变冀东为所谓“停战局域”。
这使得中国失去了在冀东实质性主权，“无形中造成中国领土的又一次割裂”。
毫无疑问《塘沽协定》是丧权辱国协定，助长了日本“华北自治运动”。
长城抗战的失败和主要原因。
除了中国贫落，美英等列强消极应对，更重要的原因是国内分裂。
而张学良消极应对，指挥又不利，且东北军集团内部派系斗争，也是失败的主要原因之一。
特别是东北军内部腐败，又保存实力，从热河全线溃败，到长城抗战的消极应战。
给整个中国军队作战造成极负面影响。
张学良和东北军是战败的罪魁祸首。