七七抗战
1937年7月7日，驻守丰台的日军河边正三旅团第一联队第三大队第八中队进行夜间演习，当晚以丢失士兵为借口寻衅，二十九军军部下令死守阵地，8日驻守芦沟桥的第二十九军第三十七师（冯治安）步兵一一○旅（何基沣）二一九团（吉星文）第三营（金振中）打响抗日战争第一Q，9日蒋介石电宋哲元积极准备，谈判须不丧丝毫主权。7月11日宋哲元自乐陵赶回天津，即派张自忠、张允荣与日方秘密议定三款条件。
12日增派的日军已经源源开抵天津，宋哲元仍对日军心存幻想，谈话谓“能平即能和”，并执行撤兵，卢沟桥驻军撤至长辛店及衡门口，蒋介石电令宋哲元本“不屈服、不扩大”方针，就地抵抗。13日蒋介石再电宋哲元，决心全力抗战，“盼与中央一致，勿受敌欺”，宋哲元对蒋介石的抗战决心颇为怀疑，14日派陈觉生、邓哲熙继续与天津日军参谋长桥本群等接洽，并亲与日军参谋长专田少佐会谈，15日日军司令香月清司晤宋哲元，16日张自忠与日方在津正式谈判。17日日本政府向中国外交部送交一份照会，公然指责中国政府在自己的国土上调兵遣将，形成对日本的“挑衅”。18日宋哲元晤日本华北驻屯军司令官香月清司，19日宋哲元赶到北平，中日双方在北平成立第二次协议，并报请中央批准，又主动撤除北平城防，蒋介石多次电示宋哲元切勿对日军抱有任何幻想。
7月20日，日军再次炮击宛平城二十九军，吉星文团长率军死守，长辛店等地也遭日军袭击，我守军英勇守卫，日军未能得逞，宋哲元却一味委曲求全，21日卢沟桥二十九军撤退，由石友三之保安队接防。7月22日蒋介石电宋哲元，对其拆除北平防御工事予以批评，指示其“刻刻严防，步步留神，勿为所算”，23日卢沟桥附近日军拒不撤退，二十九军亦返回原防，24日孙连仲、庞炳勋、商震、李默庵部增援华北，宋哲元始决心抵抗。7月25日日军进攻廊坊，第一一三旅旅长刘振三奋起抵抗，廊坊终失，战事扩大。7月26日天津香月清司向宋哲元提出最后通牒，限期撤退北平的二十九军部队，宋哲元当即予以坚决坚决拒绝，并退回通牒，终止谈判，明谕二十九军抗战。27日日军进攻通县，又袭击高丽营、昌平、汤山、沙河等地，宋哲元发表守土抗敌的通电，表示“我守土有责，不得不正当防御”。
7月28日拂晓，香月清司率日军铃木混成旅团、河边正三旅团和机械化旅团，自北苑、西苑、南苑一齐对北平城发起总攻击，二十九军措手不及，损失惨重，伤亡五千余人，副军长佟麟阁、一三二师师长赵登禹，于南苑壮烈殉国，午后宋哲元召开紧急会议，决定奉蒋介石命放弃北平，退守保定，宋哲元、秦德纯、冯治安离北平赴保定，请中央军北援。7月29日北平失守，第二十九军撤退，宋哲元退保定，由张自忠代理政务委员会委员长和北平市长拖延时间，30日天津失守，我军退静河、马厂，宋哲元电南京请求处分。
千里溃退
8月3日宋哲元通电辞职，委冯治安代理第二十九军军长，6日蒋介石派宋哲元任第一集团军总司令，命反攻平津，辖第五十九军（由原三十八师扩编，军长宋哲元兼）、第六十八军（原一四三师扩编，军长刘汝明）、第七十七军（原三十七师和一三二师扩编，军长冯治安），担任平汉线防卫，14日发表告官兵书，21日到南京面晤蒋介石，蒋介石大加慰勉。8月24日平绥线南口失守，27日张家口失守，刘汝明军退口外，9月10日日军第十师团矶谷廉介突破马厂，宋哲元部南退。9月11日冯玉祥任第六战区司令长官，萧振瀛以冯玉祥的“总参议”身份率先来到前线，鼓动“倒宋”，16日冯玉祥刚到达连镇，宋哲元从沧州赶来，即表明自己因旧病复发，难以支持，已蒙中央准假到泰山休养，军务交冯治安代理，24日沧州失守，宋哲元、庞炳勋部全线撤退。
10月上旬冯玉祥因指挥不动愤而辞职，宋哲元回到大名的第一集团军总司令部，日军为了策应忻口会战，将原在石家庄一带的部队调进娘子关，河北腹地顿呈空虚状态，宋哲元提出急攻邢台北取石家庄的战略意图，企图挽回局面，土肥原师团采取“围魏救赵”之计，派精锐二十七旅团，从邯郸直扑成安、魏县，意在乘虚夺取大名。11月6日宋哲元部克河北成安，11月11日大名失守，宋哲元急令各部撤出阵地，部队经长期苦战，损耗惨重，士气极低，已丧失主动进击的能力，均与日军一触即退，对于华北失陷，宋哲元应负责任。
病死后方
1938年1月宋哲元退到河南新乡。2月18日敌军陷新乡，宋哲元军西退，20日任第一战区副司令长官，仍兼第一集团军总司令。3月溃败到达郑州，宋哲元辞去集团军总司令职，4月第一集团军番号被撤消，宋哲元仅任第一战区副司令长官，从此失去了直接指挥军队的权力，心情抑郁。7月因病又辞第一战区副司令长官职务。9月宋哲元突患肝病，后又患脑血栓，病情日渐恶化，并半身麻痹，先在衡山治疗休养，10月转到广西阳朔，12月特任军事委员会委员。1939年4月迁往重庆南温泉，6月移至四川灌县养病，并于东关外建“博爱山庄”，12月回成都就医，25日病笃，食物难进，不忘报国素志。
宋哲元住郑州不久便染上肝病，随后离职赴衡山休养。衡山休养期间，宋哲元既无实权又无实力，心境很差。他特别操心华北平津的罪责归咎问题，时常对人念叨：“华北的事究竟是谁的责任?是不是完全由我们来负这个责任?”后来，他找到冀察政务委员会成立后蒋介石给他写的一封亲笔信，意思是冀察的事由宋哲元全权处理，而由中央负担一切责任。他如获至宝地把这封信收藏在身边，为的是在危急时用它充当“护身符”。在他病危时，还曾嘱咐家人要将此信编入他的传记，以便洗刷推卸他对丧失华北的责任。
宋哲元先为肝病，后又患脑血栓，并半身麻痹。先在衡山治疗休养，后转到四川灌县，1940年初再移至绵阳，这一年4月5日，宋哲元以中风不语病逝，葬于绵阳附近的富乐山，享年56岁。
国民政府追升其为一级上将，遗体安葬于绵阳富乐山，并为其立一座高大的“神道碑”。其墓碑由冯玉祥将军亲书“宋上将明轩之墓”。
