和38式，还有一些老毛瑟枪和土造枪。根据西北军的传统，二十九军给每位士兵打一把大刀，并多制造一些手榴弹，以资弥补。
1933年1月10日，二十九军主力奉命由山西阳泉开赴通州、三河、蓟县、玉田待命。
这是张自忠有生以来第一次同日军交战。部队出发前，他召集全师营以上干部开会，作战前动员。他慷慨激昂地说：“日本人并没有三头六臂，只要我们全国军民齐心协力，与日寇拼命，就能将日寇打出中国去。国家养兵千日，用兵一时，为国捐躯，重如泰山!”他还要求部队特别注意两点：第一，要与当地老百姓打成一片，不动老百姓一草一木；第二，战斗中要节省子弹，不瞄准敌人不准打枪。
1933年3月4日承德失陷后，二十九军奉命赴冷口策应万福麟部作战。不料，二十九军正行进中，万福麟部已败退至喜峰口附近。鉴于敌情变化，华北当局改变计划，令二十九军迅速赶赴喜峰口阻敌，冷口防务交商震部接替。宋哲元即命赵登禹率一O九旅先头出发，其余各部跟进。
1933年3月7日，张自忠与冯治安抵达遵化三屯营。此地距喜峰口30公里，张、冯在此设立二十九军前线指挥所，就近指挥前方作战。在与冯治安、赵登禹商讨作战计划时，他鼓励他们说：“人生在世总是要死的，打日寇为国牺牲是最光荣的。只要有一兵一卒，我们决心与日寇血战到底！”冯、赵二人甚为赞同。
喜峰口，位于河北省迁西县北部燕山山脉的中段，是万里长城的一个重要关隘，也是塞北通往京都的交通要冲。这里山屏耸秀，绝壁危崖，构成天然之险。进攻喜峰口的日军为独立混成第十四旅团和第八师团第四旅团及伪满军一部，共3万余人。3月9日上午，日军先头部队攻占喜峰口东北制高点孟子岭，以火力控制了喜峰口，形势对我极为不利。
9日午后，赵登禹率一O九旅抵达喜峰口。日军亦源源增兵，双方展开激烈遭遇战。经过两天连朝接夕的交战，我军虽然顶住了日军的攻势，却未能克复孟子岭高地，处境仍然被动。张自忠感到这样与敌人硬拼消耗终非善策，于是同冯治安、赵登禹商议，决定组织大刀队对日军实施大规模夜袭。
11日夜，王长海率领二一七团，赵登禹、董升堂率领二二四团，李九思指挥二二六团杨干三营，分路夜袭敌营，大获成功，杀敌上千人；一一O旅乘机发起正面攻击，有力地牵制了敌人。杨干三营尖兵排士兵李大兴还缴获了一架极为珍贵的高倍望远镜。张自忠拿到这架望远镜，稍加端详，即喜形于色地说：“这是指挥炮兵射击用的十二倍望远镜，我们花钱也买不到。”他当即叫人取重金奖赏李大兴。
15日一早，张自忠由三屯营亲临喜峰口前线，视察阵地，慰劳官兵。他将全国民众送来的钱物一一分发给大家，以示犒劳。针对视察阵地中发现的问题和自己的作战经验，他向各旅、团长下达了五条指示。
这些指示，是张自忠在总结长城抗战打响以来的经验教训的基础上提出的，体现了他最大限度地保存自己、消灭敌人和积极防御的一贯作战思想。佟泽光旅长说：“我们一一执行了张师长的指示，在以后的战斗中，确实避免了不必要的伤亡。”
二十九军在喜峰口一带固若金汤的防御，使日军志气馁败，他们见雷池不可逾越，遂将主攻方向转到罗文峪方面。
鉴于罗文峪守军暂编第二师只辖3个团，兵力薄弱，张自忠、冯治安决定将三十七师刘景山二一九团和三十八师祁光远二二八团调往罗文峪方面，归刘汝明师长指挥。战斗结果，日军再遭败绩，狼狈撤退。
在保定的蒋介石得到二十九军捷报，喜不自胜，特电宋哲元、张自忠赴保一晤。19日，宋、张、冯三人赴保谒蒋，受到盛情款待。据说，蒋“神情欢愉，面有喜色”。这是张自忠第一次与蒋介石见面。
但长城抗战最后以失败告终，这个结局决非偶然，因为蒋介石此时的主要注意力仍放在“围剿”共产党和红军上，故有意将长城抗战限制在一定规模之内，而不愿增派后续部队；再者，长城抗战本身是一种分兵把口的线式防御，这种防御的稳固程度取决于最薄弱的环节，而不是最坚固的环节。所以二十九军的出色表现并不足以挽救长城抗战全盘失败的结局。由于日军从冷口突破商震部防线，攻入长城以内，继而占领迁安，二十九军陷于腹背受敌、孤立无援的境地，被迫放弃喜峰口、罗文峪阵地，向西南方向退却。国民政府加紧向日军谋求停战，最终被迫同日方签订了屈辱的《塘沽协定》。该协定在事实上承认了日军对东三省的占领，并使察东、冀东成为日军可以自由出入的地区。从此，长城即为国境，平津化为边塞，华北的冀、鲁、晋、察、绥五省全部暴露于虎口之下。
张自忠认为，二十九军之所以能够用低劣的装备打退日军几十次猛攻，并歼灭日军5000多人，除以攻为守约战术原则和注重野战工事的构筑等因素外，主要得益于全军同仇敌忾的战斗精神。张自忠将其归纳为四点：
具和睦无间之精神，全军