23日凌晨，日寇3个师团分东、北、西三面，在空军配合下，继续向保定城垣发起进攻。面对强敌，中国守军进行了有力地反击。在城郊的近战中，守军多次与日军白刃相搏。24日，日军以重炮轰击城墙，西北角城墙被轰塌。日军第6师团以战车部队为先导，从缺口猛攻入城内，中国守军退向清苑县的张登、温仁一带。保定沦陷。
（1937年9月25日，河北保定城陷落的第二天，市民手持日本国旗“欢迎”日军入城的后继部队。）
保定虽然沦陷，但是对于这场战斗，历史评价还是较高的。抗日军队以步枪、手榴弹、大刀等劣质武器抵御4个师团的精锐日寇。抗日军队坚守10天，并且造成日寇数千人的伤亡。
