蒋氏正在庐山主持军事会议，半夜接到电讯报告此一事件。他不敢确定究竟这是又一次的意外开火，还是有如“九一八”事件，是日军借机挑衅。他指示二十九路军军长谈判，但“应固守勿退”。然后，他拍发电报给各省主席、各直辖市市长，以及驻军司令长官，下令实施戒严以及“全面动员准备”。最重要的是，他从最精锐的德式训练部队，派遣三个师跨过黄河布署到华北地区。这可是《塘沽协定》对中央军下的“禁区”，蒋晓得日本人不甘示弱，必定会有反弹。卢沟桥开了第一枪之后不到数小时，毛泽东和朱德通电蒋委员长和共军所有单位，宣布红军将完全听命委员长领导，接受指挥。七月九日一大早，卢沟桥地区中、日双方指挥官协议停火，相互撤退。日本陆军最高本部训令驻华派遣军司令不要诉诸武力，可是，国内出现异声，要求非得教训狂傲的中国人不可。新任首相近卫（Konoe）亲王派三个师团驰赴事件地区。
日军七月十二日抵达天津时，蒋拍电报给国军十九路军，声明：“我已决定对日宣战。”他立刻呼吁国际联盟及九国公约的西方签署国家介入调停，但是蒋无疑料想得到美、英、法、意只会怯生生促请日本节制。为避免激恼日本，美国国务卿赫尔（Cordell Hull）甚至停止交运中国政府已购买的轰炸机。美国传教士推动禁运战略物资给日本，但国会拒绝采取行动。
詹森大使觉得中日双方剑拔弩张的原因不明，他只能向国务卿报告：“对于起因与后果，皆无法有可靠的评估。”美国驻日大使格鲁（Joseph Grew）则深怕引爆“反外情绪”，虽奉训令，却不愿传递华盛顿婉转表示关切的信息。七月二十二日，卢沟桥地区日军指挥官定下期限，要求中方部队后撤；但中方奉蒋之命发动攻击。近卫内阁在全民热切支持下宣布，日本“现在被迫诉诸果断行动，惩罚中国军队的暴行，让南京政府恢复理智”。日本政府内部“有人主张对华开战，也有人坚决反对开战”。原因之一，像当时关东军参谋长东条英机一样，多数日本人对皇军痛惩野蛮中国的能力极度有自信，认为中国终将被迫接受扮演月球的角色，做起东方新兴帝国的卫星。
七月二十四日，蒋介石拍发电报给在溪口读史籍、练书法、写留学苏联回忆录的蒋经国，叮嘱他“不必分心于倭寇之扰华，以我必有以制之也”。所谓“有以制之”指的是德国顾问培训的部队，尤其是已经配备德制武器装备的部队。同时，在庐山举行的一项全国会议正式宣布共产党为合法组织，但是蒋无法让出席人士同意“对日宣战”的议案。于是他在八月七日召开军事委员会，宣布全面抗战是国家政策。蒋不顾党、政体制，凭一己之力强行通过对日抗战。过去八年，蒋始终相信坚持暂时求和、争取时间建构兵力凭的是他过人的意志力和勇气。现在，他决定坚持作战到底的政策。
到了七月底，已有十六万名日军涌入河北省。十九军军长不战就弃守北平。毛泽东命令共军跨山西，向河北挺进以支援系出军阀冯玉祥西北军的傅作义部队。然而，七月三十一日，毛泽东显露他欲与日本人避免严重冲突的意向，通过无线电告知共军将校，早先的命令纯为宣传之用。他说，事实上，共军部队应慢慢移动。他们可以“每天移动五十里，每行军三天，休一天”。蒋立刻调遣受过精良训练、配备德国武器的八十七、八十八师布防在上海市郊。他在上海求战的主要目标是，尽可能吸引众多敌军离开华北，阻断日军向武汉前进，使苏联对华供应线畅通。蒋选择固守上海，并在败象已定的情况下仍然坚不撤军，还有其他原因。首先，前文已述，他和德国顾问法肯豪森相信他们可以战胜，法肯豪森一再坚持“上海必须固守”。他们俩都晓得，华北平原无险可守，有利于日本机械化部队运动，但上海的街道和周遭地区满布水道，则有利于中国轻武装部队。
