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態勢雖暫時恢復，但守軍已是拼盡了最後一絲氣力。2個營傷亡過半不說，手中預備隊也已投入戰場，再無力量可供機動了。日軍雖然再次失敗，但似乎看到了中國守軍此時已是強弩之末，遂略加調整增兵，又向山海關發起了猛烈攻擊。應該承認，這時的日軍，不僅武器裝備先進，士兵訓練有素、而且作戰思想也確實比中國軍隊高出一籌，與這樣一支軍隊交手，626團能死守2晝夜，殺傷敵數百名，雖敗猶榮。

午後2時，敵軍再次增兵，強攻南門和東南城角。東南城角雖然屢破屢堵，但隨著一陣密集野炮和坦克炮的猛轟，一個巨大的口子被掀開來，日軍坦克掩護步兵蜂湧而入，北門東門很快失陷，戰火燃向了城裡，雙方展開了激烈巷戰。中國守軍第1營死戰不退，與敵坦克、步兵殊死拼殺。日軍坦克轟鳴著向頑強無畏的中國士兵衝去，殷紅的鮮血四處飛濺，冰冷的鋼製履帶沾著中國士兵的血肉向前滾去，反坦克武器的匱乏和現代技術的落後使滿腔民族熱血的中國守軍付出了慘重代價。這是東北軍，也是中國軍隊落後的代價，也是一個民族應該得到的血的教訓：落後就要捱打，就要付出比實際高出數倍、數十倍的代價。

戰至下午，1營營長安德馨及2連長劉竇晨、3連長關景泉、4連長王宏元、5連長謝鎮藩全部戰死，1連長趙壁連也身負重傷，排長以下官兵傷亡難以計數。團長石世安見山海關四門已破，大勢已去，不得已率10多人由北門撤出，山海關黯然陷落。

此役，626團安德馨營全部陣亡在山海關長城下，實現了用血肉之軀再築長城的豪邁誓言。日軍破城後，又屠殺了未及撤出的婦女、學生及市民百姓3000多人，這時日軍的殘酷暴行，就已顯示出日軍暴唳殘忍的端倪。

山海關陷落，舉國震驚，民眾譁然。全國各地報刊等新聞媒體大加評論，抗議日軍的侵略行徑，譴責南京國民政府的不抵抗政策。

《新北平報》“老百姓談話欄”連續幾日載文評論山海關失陷，文中譏諷道：“中央知道榆關（山海關）失陷嗎？……中央政府至今對於整個抗日大計，仍在那裡猶豫不決，還是那一套舊文章，電令日內瓦我代表報告國聯。華北是華北，中央是中央，彷彿抗日的分工責任分不到中央肩上似的，忍心害理，看華北大地，一塊一塊像東三省那樣丟掉。報告國聯，1年零3個月了。去年日本攻擊錦州，各國使館均派員視察，至今效果如何？明知不行，還要繞這個彎子，不是欺騙國民是什麼？……”

1月7日，中共中央透過《中央關於日本帝國主義進攻華北的決議》，指出：“日本帝國主義炮轟和佔領山海關，開始了帝國主義殘殺中國民眾及瓜分中國的新階段，”“日本帝國主義的大規模進攻華北，國民黨的繼續不抵抗的政策及其民族武斷家傳的破產，將促進全國工農勞苦群眾反日反帝鬥爭的更加高漲。在這方面黨的正確領導將是決定這個高漲的程度和速度的主要因素。”

同日，退入蘇聯境內的東北抗日名將馬占山、蘇炳文、張殿九、謝珂等通電國民政府，希望中央“幡然定計，拼命爭存，一切軍政計劃悉以抗日救國為目標”，並要求政府援助歸國，統軍殺敵。

正在江西佈置對中央紅軍進行第五次“圍剿”的蔣介石，面對國內千頭萬緒的複雜形勢，又在心裡細細地盤算起來。四次剿共的失敗，使他深感震驚。如此優勢的國軍屢戰而無法得勝，這不能不使他對中共和紅軍另眼相看，也更使他意識到如果不乘中共紅軍羽翼未豐之際徹底根除，那麼將來他的大業必定亡於中共。

但他又不能不為國內的形勢所憂慮，日本人圖謀華北已成事實，國際、國內形勢對他愈益不利，如果再不對日本人加以抵抗，向國人有所表示，恐怕等不到剿滅中共他就將淹沒在中國民眾的怒濤之中，可眼下兩廣雖口頭上服從南京中央，實際上同床異夢，處於半獨立狀態，一個兵都不會派出，中央軍又要“剿共”，從哪兒調兵呢？思來想去，他的眼光只能重又回到兩廣。

1月21日，國民黨內政部長黃紹奉蔣介石之命，率訓練副監徐景唐親赴廣州，遊說兩廣的陳濟棠、李宗仁。由於黃紹門出兩廣，與陳濟棠、李宗仁等有十幾年交情，又一向被蔣視為頗有人緣，所以關鍵時刻要平定兩廣、“圍剿”中共，蔣介石自然不會忘記這顆頗有些份量的