1933年7月，华北体联决定转年10月在天津举办第十八届华北运动会，在津的河北省政府于当年8月起开始紧张筹备，兴建新体育场成为当务之急。10月3日，运动会筹委会经勘查选址，决定在北宁公园的农事试验场兴建河北省体育场（今北站体育场旧址）。据现存的奠基碑、场记碑和工程建设纪念碑等载，该体育场由基泰工程公司设计建造，振兴成建筑公司承造，设计人为关颂声。1934年3月动工后，又于5月16日由河北省政府主席、运动会筹委会主任委员于学忠奠基。添垫场基和工程等共投资达32.5万元。工程9月竣工，规模宏伟、设施
齐备，占地面积20万平方米、建筑面积4.5万平方米，包括田园甬道、田径赛场、国术场以及足球、篮球、网球、棒球、排球、垒球等各种球类运动场地19块。看台为马蹄形钢筋水泥建筑，有18级台阶，象征第十八届华北运动会在此举办。这座体育场可容纳观众3万人，当时在北方首屈一指。
1934年10月10日上午，河北省体育场落成典礼举行后，又隆重举行了第十八届华北运动会开幕仪式。大会总裁判张伯苓发表开幕宣言时说：“这次大会比以前十几次都大，而地点又是在河北最繁盛的天津市，时间是在国难日深的国庆纪念日。”当时，正值东北沦陷、华北危急、国难当头之际，抗日救亡的呼声日盛。体育也被赋予了新内涵，于学忠在奠基碑上称，“我国积弱极矣，转移风气、强种兴邦，体育实为权舆”。这次运动会实际上是“三北”地区体育界的大荟萃，盛况空前。河北、察哈尔、绥远、山西、河南、山东、陕西、辽宁、吉林、黑龙江、热河等11省和两个市（北平、青岛）、一个特别区（哈尔滨）纷纷组队参赛。东北运动员列队入场时，手擎布幔，不时亮出“勿忘东北、勿忘国耻”等字样。啦啦队也高举写有“勿忘九一八、恢复东三省”的宣传牌，并高喊“要守长城一万里、全凭你们众英雄”，“功夫真、资格深、收复失地靠你们”等口号，会场上群情激愤。日本驻津领事当场提出抗议，但遭到严厉驳斥。这次运动会高举抗日救亡旗帜，洋溢着爱国激情，甚至队服、奖品等都限用国货。其意义和影响已经远远超出体育范畴，全国各大报章纷纷予以报道。运动会筹备有方，在赛场外还办临时市场，设百货、文化和饮食三个区域，烘托气氛。在为期五天的比赛中，赶上两天下雨，但天津选手还是打破多项全国和华北地区纪录。
后来，第十九届华北运动会计划在北平举行，就在体育场修建即将完工时，值七七事变爆发而停办。1935年7月，河北省政府被迫从大经路（今中山路）迁往保定，省教育厅遂将该体育场移交天津市。这里不仅是天津重要的体育活动场所，抗日救亡集会也多次在此举行。1935年的“一二·九运动”推动了天津人民抗日救亡运动的蓬勃开展，鼓舞民众抗日激情的天津“一二一八大示威”即在此举行。广大师生示威时高呼口号，鼓动大家勇敢地站到抗日救国第一线，反对华北自治、反对对日妥协投降。
北站体育场曾与奥运会有过较为密切的联系，不少中国奥运选手还在此同场献技。1936年1月，为迎接柏林第11届夏季奥运会，在此举办“华北区世运足篮球预选会”（时称奥运会为“世界运动大会”），并提前公布了预选规程。结果10名男子篮球选手和14名男子足球选手为“正取”。后经与华东、华南方面共同推选，前锋王鸿斌、沈聿恭、徐兆熊，中锋刘宝成和后卫李绍唐等五名天津篮球选手被列入奥运会参赛名单。可有人对篮球等项目的人选存有争议，是张伯苓力排众议、一锤定音，才确保篮球队能够从容备战。他在4月24日接受《益世报》采访时说，“篮球队员之参加事项，虽有一部人提议重新选拔，但已早经选定，已决定绝不变更”，“所有未了问题，并宜在途中详加研商。”他还颇有见地地指出，“此次参加世运，应认清目标，非仅为竞赛，而在认识运动之真意义。”“回国以后，关于体育师资之问题，尤当特别注意。”可见，他看到了中国体育现状的深层次问题，对中国体育的未来也充满信心。
1936年5月27日下午，“世运田径训练班与天津万国选手表演”也在河北省体育场举行，汇集了包括部分中国奥运选手在内的中外68名运动员，吸引了2000多名观众观看。此次热身赛还刷新了几项全国纪录和远东运动会纪录。转天，奥运健儿赴上海备战并陆续踏上征程。男子篮球项目是这次奥运会上增设的新项目，由14名篮坛骁将组成的中国篮球队，在第一循环的比赛中战胜了法国队，成为中国奥运史上的一个亮点。
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