1933年2月17日，张学良、宋子文、杨杰等人及卫兵分乘汽车30余辆，浩浩荡荡前往热河督战。张学良每走三十里，都要停车一次，注射吗啡。热河省主席汤玉麟怕对他不利，大骂：“小六子（张学良）是不是勾结宋子文来打我的主意？”

手下亲信说：“宋子文是代表南京的，张汉卿是华北直接指挥的长官，因热河防务吃紧， 前来视察，阁帅可趁机向他们要些钱，要些东西，是有利的，应当表示欢迎。”

汤玉麟觉得有道理，便带着热河的军政大员共数十人走出承德郊外20里迎接欢迎。

张学良到承德后，以他和张作相、汤玉麟、万福麟等27名将领的名义， 向南京及全国通电，表示决心抗战，呼吁全国一致支援。

张作相得知张学良发出通电，认为这会导致日军加速进攻热河，叹气说：“小六子一点没有 准备，发出这样一个电报，岂不是惹祸吗？”

18日下午，张学良和宋子文、杨杰带着全部随员离开承德，于19日返回北平。到北平后，张学良以北平军事委员会代理委员长的名义，召集华北有关将领开会，分配防务。

张学良将热河地图铺在地板上，手执红蓝铅笔俯伏地上准备划防地，首先仰面向察哈尔省主席兼29军军长宋哲元说：“明轩，你部可把守长城、冷口、喜峰口一线。”

宋哲元根本不给张学良面子，大声说：“我部兵力太薄，装备又差，怎能担当得了这么一个大面。”

张学良说：“不要紧，你的右翼有何柱国，他可以支援你。”

宋哲元很不客气地说：“何柱国是败军之将，靠不住，我怎能信他？我不干。”其实何止是何柱国，对整个东北军的战斗力，宋哲元都是不相信的。

张学良极感难堪，约有几分钟没有抬起头来，后来叹了口气，说：“再商量吧！”

2月21日，日军大举进攻热河。张作相是名义上的热河防守主将，他任总司令的第二集团军，包括孙殿英的第四十一军、汤玉麟的部队以及热河境内的东北义勇军，总兵力约7万多人。

但是，原本配备给张作相的兵力有一半以上，在日军发起进攻时尚未到达防地，根本未构成一个防御体系，尤其是汤玉麟的部队战斗力极差，士气低落，将无决心，兵乏斗志。日军用 飞机扔了几个炸弹，用机枪扫射几下，又出动几部坦克车，结果汤玉麟部第5旅旅长崔兴武就率部投降了，守凌源一线的东北军第四军军长万福麟所部也是闻风溃退。日军如入无人之境，3月4日清晨，在承德的汤玉麟带着几十卡车的财物，不战而逃。

万福麟谎报军情，逃入喜峰口，汤玉麟不战而退，逃往滦平。日军以少数快速部队， 长驱直入。万福麟在退入喜峰口后，致电张学良要求回北平。张学良气愤地说：“要你率部反攻，你要回来，拿头来见我！”

张学良本来打算将汤玉麟捉住正法，以振士气，不过狡猾的汤玉麟不敢去北平，畏罪逃往察哈尔，后来竟得幸免。

热河失陷后，全国舆论哗然，愤怒谴责南京政府，也谴责张学良。张学良心中悲愤，对部下说：“我与蒋先生约定在保定见面，我要与他商讨反攻热河，主要条件是必须补充枪炮弹药。我想要求补充1200挺轻重机枪和300门迫击炮，再就是要充足的弹药，能加些高射炮更好。我是有决心亲临前线的，战死了比活着受全国人唾骂好得多。人反正有一死，我是不怕死的，就怕南京的蒋先生假抵抗真谋和，那我就没办法了。”

3月8日，蒋介石通知张学良去保定相见。9日，张学良到了保定， 蒋介石却未如约到达，而让宋子文先来，宋子文对张学良说：“热河失守，举国哗然。你和蒋先生正如同两人乘一只小船，本应同舟共济，但是目前风浪太大，如先下去一人，以避浪潮，可免同遭沉没。将来风平浪静，下船的人仍可上船。若是互守不舍，势必同归于尽，对自己对国家皆没有好处。”

张学良说：“当然我先下去，正好趁机会休息休息。请告蒋先生不必烦心。”

宋子文立即向石家庄打电话给蒋介石说：“汉卿态度很好，一切服从委员长的命令和安排，请委员长速来见面。”

几个小时后，蒋介石的专车到达保定，张学良戎装立正， 行军礼恭迎。

蒋介石开门见山地说：“我接到你的辞职电报，很知道你的诚意，现在全国舆论沸腾，攻击我们两人，我与你同舟共命，若不先下去一人，以息全国愤怒的浪 潮，难免同遭灭顶。所以我决定同意你辞职，待机会再起。”

张学良说：“我感谢委员长苦心，我身体不好，精神萎靡，东北丢失，我 早就想引咎辞职。这次热河之变，我更是责无旁贷，免去我的本兼各职，可以申张纪律振奋人心。”

谈话结束后，蒋介石乘坐专车返回。宋子文同张学良商谈，将东北军编组为4个军，由于学忠、万福麟、何柱国、王以哲4人分任军长，北平军分会由何应钦任代理委员长，并调中央军黄杰师和关麟征师开赴古北口，以抵抗日军前进。

3月11日，张学良通电辞职，带着于凤至、赵四小姐及3个子女及副官等人前往德国、意大利“考察”，临走前，张学良对蒋介石的外国顾问端纳说：“蒋先生以和为主，还不知演出什么戏来。人骂我不抵抗，我也不辩，但是我下野后，天知道我这不抵抗的罪名要背到哪天？”