受不利气象条件影响，9月30日夜间至10月1日，京津冀区域部分城市出现重污染天气过程，局部地区达到重度污染。10月2日凌晨，环境保护部部长陈吉宁紧急主持空气质量会商，与中国环境监测总站、北京市环境保护局、河北省环境保护厅、中国科学院、中国环境科学研究院等单位有关专家，共同研判污染形势和发展趋势，部署应对工作。
据专家分析，本次重污染天气过程主要原因是，近期持续多日的不利气象条件和长时间静稳天气，形成大气污染物累积所导致的。从9月26日起，京津冀及周边地区受均压场控制，风速小且主要为弱南风，没有明显的冷空气活动。同时高空的暖温区与地面辐射降温相配合，形成逆温层，水平和垂直对流方向均不利于污染物扩散，造成空气质量恶化。从污染物组分来看，PM10浓度高于往年同期五倍以上，说明各地量大面广的施工场地管理混乱无序，扬尘控制措施不到位。与以往同期污染过程相比，本次重污染过程影响面积相对较小，重点区域主要分布在太行山以东、燕山山脉以南，从石家庄、保定到北京一线的狭长地带。
此前，环境保护部已于9月29日召开京津冀及周边地区空气质量会商会，对国庆期间重污染天气过程进行预测预报，指导各地做好重污染天气应对工作。目前，河北省石家庄、保定、廊坊、邢台市分别于9月30日和10月1日按照重污染天气应急预案启动了黄色预警；北京市于10月2日启动重污染天气黄色预警。各地均按照应急预案，加强对重点工业污染源监管，加大重点道路清扫保洁强度，停止土石方、建筑拆除等施工作业。
针对以往国庆前后秸秆露天焚烧严重的情况，各地已经提前部署禁烧工作，河北省保定市派出8个市级督导组赴县区督导，唐山市对前期发现的7起秸秆焚烧相关责任人进行问责。河南省将秸秆禁烧工作与财政资金挂钩，对发现焚烧秸秆火点的县区扣除50万财政资金并扣减财政专项经费。山东省印发紧急通知，要求做好今年秋季秸秆禁烧工作。环境卫星遥感监测结果显示，9月30日以来京津冀及周边地区传输通道城市未发现秸秆焚烧火点。
专家会商结果表明，10月3日扩散条件维持不利，但受北部降水及近地面风速增大的共同影响，区域总体污染状况将维持现有水平，京津冀东部及北部部分地区空气质量略有好转。京津冀中南部以中至重度污染为主，部分地区可能出现严重污染；山东西部和河南北部以轻至中度污染为主；区域其它地区以良至轻度污染为主。10月4日，总体扩散条件仍然不利，但受夜间较强冷空气影响，空气质量自西向东开始逐渐改善。预计，京津冀中南部以中至重度污染为主；山东西部和河南北部以轻至中度污染为主；区域其它地区以良至轻度污染为主。首要污染物主要为PM2.5。
根据会商结果，环境保护部要求各地要严格按照重污染天气应急预案要求，及时发布重污染天气预警；已经启动预警的城市，按照相应预警级别，切实落实应急措施。同时督促各地组织力量，对重污染天气应急预案落实情况进行监督检查，确保各项应急措施落实到位，特别是超标排污行为，一经查实，从严从重处罚。
