。1937年7月7日，日军诡称在军事演习时一士兵失踪，无理向中方要人，声称要到宛平县城搜查。面对日军的威胁，吉星文当即拒绝。7月7日夜，日军向219团阵地开炮轰击。吉星文立即向37师师长冯治安请示，冯当即表示：“为维护国家主权，寸土不能让，可采取武力自卫。”吉星文立即命令守桥部队还击。
日军遭到反击后，迅速派兵杀害了吉星文的执勤官兵并将卢沟桥桥头堡占领。
吉星文非常痛心，决心与日军决一死战。因为卢沟桥一旦失守，整个平津局势将动荡不安。在这民族危急的关头，吉星文提出，卢沟桥坚决不能丢，并快速的通报了李国栋，申请敌后支援。
7月8日晚，吉星文进行了精心安排：一、将日军要进宛平县城搜查的事，交给王冷斋专员应付；二、宛平县城防务由姜团副负责；三、自己带人悄悄出城，直奔三营营长金振中营部，召集连长以上军官商议。他分析形势，鼓舞士气，组织敢死队夺回桥头堡。
在他的号召下，官兵抗日情绪十分高涨。当时报名参加敢死队的有300多人。吉星文亲自挑选出150名精干人员，编成5个组，敢死队每人带步枪1支，手榴弹2枚，大刀一把，准备出击。
敢死队利用熟悉地形的优势，神出鬼没，在20分钟内，将几十名日本兵全部消灭，一举夺回了桥头堡。吉星文立即把卢沟桥事件的真相向上级作了报告。日军吃了亏，疯狂向中方阵地炮击，企图再次夺回桥头堡。
由于216团的坚决抵抗，日军的阴谋未能得逞。1937年7月8日gcd便发表抗日通电，要求中华民国政府尽快履行在西安事变时的承诺。时任国民政府军事委员会委员长的蒋介石在7月17日在庐山上宣布准备应战和必要时守土抗战到底的决心。
7月19日，蒋介石发表了《最后的关头》的演说，正式宣布开始全面抗战。抗日救亡运动在全国兴起，全民族抗战的旗帜正式打起。
由于南京政府的妥协，1937年7月26日下午，吉星文奉命将卢沟桥防务移交给地方保安部队。就在219团撤离的数小时后，卢沟桥失守。这就是历史上有名的“卢沟桥事变”。