在雙方交戰之時，關麟征率領師部特務連親臨一線，結果不慎被日軍擊傷，時任副師長的杜聿明接替關麟征指揮作戰，險而又險的擊退了日軍進攻。
3月12日，古北口之戰進入白熱化階段，第25師的通訊線路被完全破壞，前線各部與師指揮所失聯，國軍陣地也被日軍突破而一分為二。
日軍對我軍陣地發起了猛烈的進攻，第25師誓死血戰日寇。
激戰三天後，我軍死傷過半，低級軍官幾乎損失殆儘，傷亡約4000餘人，擊斃日軍約2000餘人，戰鬥十分慘烈。
在日軍優勢兵力和飛機大炮的連續攻擊下，杜聿明最終放棄了古北口，退守距離古北口約五公裡處的南天門。
徐庭瑤令第2師黃傑部接替第25師駐守南天門防線。
3月20日晚間，日軍第8師團開始進攻南天門，第2師與日軍激戰五個晝夜，由於我軍死傷慘重，難以支撐，劉戡的83師頂替第2師繼續與日軍拚死血戰。
又激戰三晝夜，陣地上所有的軍事工事都被日軍的大炮飛機夷為平地，我軍傷亡慘重，不得不退守石匣鎮。後石匣鎮失守，我軍又退往密雲防守。
古北口一戰，為時兩個月。
在這節節敗退，節節抵抗中我軍傷亡共一萬餘人，日軍傷亡五千餘人，被日軍驚呼為“激戰中的激戰”。
要說古北口抗戰，17軍的將士們不可謂不英勇，也不可謂不愛國。
甚至在軍長徐庭瑤命令25師撤退休整後，但將士們不想在這時候撤退，就對代師長杜聿明說：“我們當初來古北口，就沒打算活著回去，現在死了這麼多兄弟，鬼子也沒打完，我們怎麼能回去！”
杜聿明強忍熱淚，說：“弟兄們，我們撤退不是不打鬼子，而是吃飽喝足了好有精神更痛快地打鬼子！你們想打仗怕什麼，這仗兩三年也打不完，隻要沒死，就一定有你們打的！”
他們在後無援兵的情況下，以一軍4萬多人的兵力，抵抗了得到飛機大炮和坦克支援的日軍第8師團
和一個騎兵旅團3萬多精銳部隊的攻擊達2個月之久。
但是，縱觀整個戰役過程，17軍除了英勇無畏和舍身報國的精神外，在戰術上基本沒有什麼值得稱道的地方。
首先是由於南京方麵和北平軍委會抱著與敵媾和的心態，生怕過分刺激到日軍，從而引發更大規模的戰爭，就嚴令17軍將士不得主動攻敵，等於是自縛手腳與最凶殘的敵人搏殺，不輸才怪。
……
注：老山專門用兩個章節描寫古北口戰役並不是為了水文，而是古北口戰役確實是整個長城抗戰中最慘烈而悲壯的戰鬥，國軍第17軍的頑強英勇和付出的犧牲，值得後人銘記。