日軍炮兵
3月11日拂曉，日軍第八師團川原旅團向守軍陣地發起總攻。第112師不戰而退。日軍迅速占領古北口關口，並向第25師右翼龍兒峪陣地包圍攻擊。第25師師長關麟征指揮張耀明旅主力支援被圍部隊，出古北口東關不遠與敵遭遇，雙方短兵相接。關麟征負傷後仍繼續指揮戰鬥，將敵擊退。
10日上午6時，25師73旅已占領古北口南城東西兩側高地及龍兒峪陣地（即第112師右翼之第一線陣地），並加緊構築防禦工事。該旅的145團在右地區，146團（欠一營）在左地區，並以145團的一營在右翼第一 線占領龍兒峪陣地。146團的一營為旅預備隊。75旅集結於黃道甸附近，師部及直屬部隊位置於古北口之關帝廟。
10日上午7時30分，73旅甫部署完畢，敵機一架即來古北口上空盤旋偵察，約1小時後投彈而去。午前9 時敵機五架又來盤旋轟炸，以後每小時一隊敵機，往返輪番轟炸，竟日未稍停止。中國軍隊既無對空作戰的有效武器，又無對空作戰的經驗。古北口長城一帶高地都是堅硬的岩石禿山，構築工事及掩蔽部極為不易，在潮河支流上遊有少數樹木，亦為敵人投彈目標。因此，在敵機低空輪番轟炸之下，中國軍隊未戰之前已有相當的傷亡。這可能是日軍侵略我東北以來慣用的戰法，企圖以飛機轟炸嚇退我抗日軍。日寇見中國軍隊被轟炸後屹然未動，遂於下午3時以炮兵掩護步兵向我25師最右翼龍兒峪陣地及112師右翼將軍樓陣地開始攻擊。敵人攻擊正麵雖廣，但並未實行強攻，很顯然，這種攻擊是威力搜索的性質，作明日實行總攻擊的準備。
根據當時的情況判斷，敵人可能從我最右翼的龍兒峪陣地進攻，企圖突破中國軍隊一翼後，沿潮河支流大道包圍古北口守軍之後路。關麟征和杜聿明決定即將73旅145團的主力，增加到龍兒峪方麵，左翼與112師的將軍樓連接，右翼延伸至龍兒峪以東500米高地之線；並調75旅（欠150團）集結於古北口東關相機策應。另派75旅149團的一營，於通司馬台大道警戒中國軍隊的側背。午後6時敵以威力偵察的目的已達，退回原線。中國軍隊乘夜間調整作戰部署，準備迎接明日的激戰。
3月10日下午3時，日軍以一部兵力在炮火掩護下進行下麵寬大的戰鬥偵察性進攻，數小時後撤退。
11日拂曉，日軍第8師團主力向右翼陣地發起進攻。以飛機及炮火掩護其主力向我龍兒峪及將軍樓陣地攻擊；當時，穿著草鞋的官兵，在臘月的冰天雪地中與日軍的飛機大炮對壘。至十時許，將軍樓我112 師陣地被敵突破。當時守古北口正麵的112師部隊，既不支援將軍樓的戰鬥，亦不固守古北口正麵，僅於河西鎮留步兵一團收容該師退卻；古北口守軍亦自動撤退。敵人占領古北口關口後，即乘勝以主力向我25師右翼龍兒峪陣地包圍攻擊。我守該地的145團，受敵兩翼包圍，傷亡慘重；而占領將軍樓之敵又以猛烈的步炮火力封鎖潮河支流上的交通，該團與旅部的交通電話，均被截斷。
同時古北口南城的戰鬥亦很激烈。當時關麟征決定要杜聿明指揮古北口南城正麵的戰鬥，關麟征親率特務連赴右翼前線，指揮75旅主力。出古北口東關不遠，即與敵人的戰鬥前哨發生遭遇。後關麟征親率149團擬強占潮河支流北岸（幹溝）高地，走到山腰，即遭敵人的潛伏偵探狙擊，雙方短兵相接，關雖首先被手榴彈擊傷，仍繼續指揮149團與敵搏鬥，雙方相繼增援，戰鬥極為慘烈。中國軍隊終於將敵人擊退，占領高地，並與145團取得聯係。是役149團團長王潤波陣亡。據關麟征說，在他身旁的士兵由於不會使用手榴彈，未拉引線即行擲出，結果並不爆炸，否則他是不會受傷的。他認為這是一次慘痛教訓，所以後來他要求25師士兵，每人都要投幾個手榴彈才算及格。
關麟征受傷後，即調73旅旅長杜聿明為副師長代理師長職務，146團團長梁愷調為73旅旅長，繼續作戰。