雙方正相持不下之際，從南京傳來北大示威團遭毆打和逮捕的消息，群情更加激憤。北平學生南下示威團當即決定進行臥軌鬥爭。12月的北平，已是寒風呼嘯、滴水成冰，學生們不畏嚴寒，分批臥軌，堅決不撤離車站。這種高漲的愛國熱情和不屈不撓的鬥爭精神獲得了北平各階層群眾的普遍同情和支持。商會和市民群眾給學生送去大批餅幹、罐頭和開水表示慰問，瑞蚨祥等商號送去成捆的新毛毯給臥軌的學生禦寒。為了把鬥爭堅持到底，中共北平市委立刻派黨團員到各校串聯，動員、組織更多的積極分子往火車站參加臥軌鬥爭。結果，聚集在東車站要求南下的學生急劇地增加起來。
國民黨政府見事態越鬧越大，大有不可收拾之勢，就一麵把前門東車站員工撤到豐台車站開車，一麵又調來大批軍警包圍東車站，脅迫學生返校。對此，示威團黨團采取了針鋒相對的鬥爭策略，一麵派部分學生搶先占領豐台車站，一麵派人到各校聯絡，組織支援。各校愛國學生聞訊，立即組織起來向國民黨北平當局示威，搗毀了國民黨北平市黨部。經過三天三夜的不懈鬥爭，北平學生南下示威團終於在鐵路工人的支援下，取得了鬥爭的初步勝利。7日，4000多名示威學生登上了開赴南京的列車。
國民黨當局的破壞活動並沒有就此停止，列車到達天津站後，國民黨特務綁架了駕駛機車的工人，妄圖阻止列車運行。但是，由於得到天津鐵路工人的支援，列車繼續南下。為了防止敵人再次綁架列車司機，示威團黨團決定組織部分工科學生向工人學習駕駛技術。8日，列車到達濟南，早已等候在車站的濟南、青島兩市的示威學生與北平學生會師，隊伍增至7000多人。
不料，車過濟南以後，在討論到南京後的鬥爭策略時，示威團內部發生了分歧。在國民黨分子的煽動下，部分學生提出用請願的方式敦促政府出兵抗日，而多數學生則堅持用示威的形式，迫使政府服從民意，出兵抗日。途中，各車廂的學生都在辯論。到蚌埠後，雙方的意見仍然無法統一。於是，示威團主席團決定停車開全體大會表決。表決結果，南下示威團分裂為兩隊。一隊是約5000餘人的示威團，另一隊是由2000多人組成的請願團。
12月10日，南下示威團和南下請願團到達南京。請願團按照國民黨政府的安排住進了金陵大學，在向國民黨政府遞交了《請願書》，聽了蔣介石的訓話後，少數學生悄然返回北平。多數學生則通過請願活動看到，用請願的形式敦促國民黨政府抗日是不可能的，因此，他們又以北平學生請願示威團的名義參加了全國學生的示威活動。
南下示威團拒絕了南京政府的“招待”，忍饑受凍，住進了中央大學。一到南京，示威團黨團即與中共南京地下黨取得聯係，並有組織地讓北平學生向南京各界群眾宣傳南下示威的目的，同時派出工作組與上海、蕪湖等地的學生聯絡，號召各地學生同到南京舉行總體示威。不久，各地學生陸續到達南京，經過各地學生代表討論，一致推選北平學生擔任示威總指揮。
14日，由各地學生組成的示威隊伍前往國民黨政府外交部，舉行第一次練兵性示威。出乎學生們意料的是，外交部大門緊閉，房內空無一人。於是，示威隊伍轉入市區，向民眾開展抗日宣傳。
15日，示威團又集合1000多名學生到國民黨中央黨部請願。當天，國民黨中央大員正在舉行臨時會議，聞知學生前來示威，幾個反動官僚探出頭來對學生橫加指責。被激怒的學生用石子砸碎了中央黨部大門上的國民黨黨徽。接著，學生隊伍又衝進二門外高呼口號。這時，國民黨政府慌忙派代表陳銘樞、蔡元培與示威學生見麵。學生們提出要求：撤換國民黨北平市黨部壓迫人民反日運動的幾個反動家夥的職務。蔡元培答應調查後處理。在與陳銘樞的辯論中，愛國學生痛斥不抵抗政策就是賣國，並打了陳銘樞。混亂之中，忽聽有人報告蔣介石從後門溜走了。於是，學生們邊呼喊著“活捉蔣介石”的口號，邊像潮水般的衝向國民黨中央黨部。這時早有準備的軍警從外麵衝過來，學生與軍警展開激烈搏鬥。結果，13名學生被捕，一部分學生受傷。
第二天，國民黨當局為了混淆視聽，在《中央日報》上用紅字大標題報道：“共匪千人攻打中央黨部！手執紅旗高呼反動口號！”並登出偽造的照片，為其鎮壓愛國學生製造口實。
12月17日，全國學生反對日本侵略中國，反對國民黨政府妥協投降的聯合總示威日到來了！上午9時，北平學生同南京、上海、濟南、蘇州等地的示威學生三萬多人在中央大學整隊集合，浩浩蕩蕩地來到國民黨中央政府大廈門前，高呼：“打倒國民黨”“打倒國民政府”、“農工兵聯合起來”“中國共產黨萬歲”“擁護紅軍對日宣戰”“反對國民黨不抵抗”“武裝保衛蘇聯”“擁護紅軍蘇維埃”等口號，並散發傳單。一些學生用磚頭、石塊擊毀了大門上國民黨的黨徽和國民黨中央黨部的牌子、玻璃櫥窗等。隨後，示威隊伍又向位於珍珠橋的《中央日報》館開去。結果，反動當局再次施展空城計，《中央日報》館內空無一人，學生們抑製不住滿腔的憤怒，衝進館內將電話線割斷，將經理室、會計室、廣告股、村料股、發行股和印刷機器，全部搗毀。還將鉛字、字模等拋入報館後麵的秦淮河裏。這時，反動派再一次暴露出劊子手的嘴臉，充當馬前卒的南京警備師二旅的士兵，手持刺刀、長槍、皮帶，以密集的衝鋒隊形殺向手無寸鐵的愛國學生，口中還高喊著：殺！殺！一霎時，一場駭人聽聞的慘案發生了。一名上海學生慘死於敵手後，屍體被拋入秦淮河中。第二天《世界日報》報道，這次慘案，還有20餘人受傷，100多人被捕。這就是當時震驚全國的珍珠橋慘案。至此，國民黨政府終於以赤裸裸的屠殺政策在全國人民麵前撕下了愛國抗日的偽裝。