变爆发后，当即通电请缨参战。7月13日，蒋介石在庐山发布动员令，吴克仁接到动员令后，即集结全军开赴沧州，接替自平津南撤的二十九军。8月下旬，六十七军又奉命赴大城，接替二十九军王长海部，堵击日军。8月21日，日军向津浦线发动攻势。吴克仁率六十七军对沿子牙河南下之日军中岛师团进行阻击。后撤退并担任防守临洺关（今永年）的任务。10月15日，日军土肥原师团进攻临洺关，16日，吴克仁被迫率军南撤至新乡。
淞沪会战.后吴克仁前往南京向蒋介石陈述北方战况，并要求调离北战场。此时上海战局吃紧，