1933年3月2日，日军逼近承德，张作相让汤玉麟派一旅人马去阻击，官兵索要拖欠一年多的军饷，说不发饷就不打仗。 在热河抗战前夕，汤玉麟部已十六个月没有发军饷，在张学良的一再严令下，汤玉麟才抠抠搜搜的补发了少量军饷，标准为士兵20元，军官60元。支付的并非大洋，而是由汤玉麟控制的热河银行发行的纸钞，这种纸钞购买力很差，一块大洋可兑换七十多元。 在日军进犯热河时，汤玉麟在前线的崔兴五、董福亭两个旅，或一触即溃、或阵前投敌，带崩了整个战局。 汤玉麟的部队和在热河孙殿英部、冯占海等东北义勇军，被编为第二集团军，由东北军元老张作相任总司令，汤玉麟任副总司令。张作相根本指挥不动汤玉麟这个把兄弟，自战斗打响后，气得整日在承德的集团军总部跺脚。 3月2日，在得知凌源、赤峰相继沦陷后，张作相让汤玉麟派部队去承德外围阻击日军，汤玉麟以兵力不足为由敷衍，张作相气愤的说：“你在承德的部队不下一万，不战而退是要受军法审判的。” 承德东边数十里外有天险黄土梁子，张作相让汤玉麟派一旅人马去布防，以迟滞日军进攻。不料，部队在开拨时却闹起了饷，官兵说必须补足欠饷才能作战。汤玉麟得知后，不愿掏钱，任由部队陷入混乱。 3月3日，张作相召来总部几个亲信商议是否留下来，有亲信说：“汤玉麟把热河的汽车都召到承德来，忙着给他运送私产，城内八百多桶本来运往前线的汽油，也被扣下了。” 张作相说：“汤玉麟是靠不住了，不行去找冯占海的部队会合吧。” 一个亲信说：“总部连马匹都没有，有枪的就几十人，途中遭遇日军就不好了，不如去古北口。” 当天下午，张作相带着总部不多的人，往古北口方向撤去。汤玉麟这边，在4日清晨，带着二百多辆满载金银珠宝及烟土等物资的大车，逃离承德。 日军指挥官从城内跑来通报消息的汉奸口中得知，承德已无守军后，让大部队暂缓进城，派128个骑兵首批入城，然后对外大肆宣传如何轻易占领承德。 3月1日，日军对赤峰发起进攻，孙殿英率部顽强抵抗。战至深夜，孙殿英率部夜袭，和日军展开白刃战，将攻入城内的日军驱逐。 3月2日中午，在优势炮兵火力的支援下，日军再次攻入赤峰城内，战至下午，在半数城区丢失后，孙殿英率部突围，城内义勇军坚持战斗至傍晚后也突围而出。 和汤玉麟部丢失阵地一触即溃不同，孙殿英在赤峰沦陷后，又在二道河子一线构筑工事阻击日军，战至8日，因伤亡过大，前线阵地全部丢失后，这才后撤，而此时，承德已沦陷四日了。 孙殿英部在前线作战时，官兵缺衣少弹，大部分士兵都没有冬装。在退到沽源休整时，遭遇了从承德逃来的汤玉麟。 本就心中有气的孙殿英，见汤玉麟大摇大摆的带着大量钱财物资，当即派兵截击。汤玉麟部士气很差，很快就被孙殿英部包围。 这个时候，汤玉麟不敢再吝啬了，他拿出大洋给手下补发了军饷。有了军饷的汤军，士气大振，孙军一时之间，倒也吃不掉。汤玉麟派代表和孙殿英谈判，最终以汤玉麟交出一半财物的代价，换取了孙军放行。 之后，汤玉麟带着五千多残部来到古北口。张学良对汤玉麟的表现大为恼火，通知古北口的守军不许放行。汤玉麟只好带着残部，一路辗转跑去了丰宁躲避。 热河抗战中，以汤玉麟的部队表现最为糟糕。张学良放出话来，说要将汤玉麟抓来枪毙，以正军法，汤玉麟听闻后，吓得不敢去北平。 3月11日，张学良承担了热河沦陷之责，通电辞职，并出国考察一段时间。临走时，张学良对东北军进行整编，编为四个军，由于学忠、万福麟、何柱国、王以哲分任军长，同时张学良把直属部队全都交由于学忠指挥。东北军当时约二十六万，由于学忠指挥的达十七万，比其余三个军长加起来都多，这时的于学忠，已成为东北军仅次于张学良的二号人物了。 张学良走后，汤玉麟多方走动，免于被严惩，但随着热河地盘的丢失，他成为一个只有几千人的小军头。 伪满在得知汤玉麟的处境后，派人送去伪满参议院副院长、伪热河省主席及保安司令的委任状，在这个底线问题上，汤玉麟没有犯傻，断然拒绝。 之后，汤玉麟带着家人去了天津的意大利租界，在这里购买了大量房产，并投资产业，当起了寓公和商人。特务处天津站经费困难，站长王天木得知汤玉麟到后，派人绑架了他的孙女为人质，索要赎金。 昔日威风凛凛的汤玉麟，只能忍气吞声的给王天木送去二十万元，换取了孙女的安全。卢沟桥事变后，日伪多次派人劝诱汤玉麟担任伪职，均遭拒绝。 日本投降后，汤玉麟激动的对家人说：“这一天我等了好久，终于来了。”
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