20世纪30年代，日本军队内部存在着很严重的斗争。由于对政治的看法、理念不同，军队内部逐渐分成两派：“皇道派”与“统制派”。统制派主要是陆军中央机关内的军官，“皇道派”的人多为野战部队的少壮派军官。
“皇道派”认为，日本天皇已经被周围的“奸人”包围和蒙蔽，无法得知民间疾苦，所以必须起来“清君侧”。其手段就是废除内阁，让天皇成为类似希特勒的直接军事独裁者。“统制派”则完全反对这种主张。不过两派的政治主张虽迥异，目的却都是要将日本进一步转型为法西斯国家。
“皇道派”的代表人物是荒木贞夫、真崎甚三郎、冈村宁次、桥本欣五郎和相泽三郎等人。统制派的领袖则是宇垣一成、杉山元、永田铁山、东条英机等人。两派主张建立军部法西斯独裁的手段有很大区别。“皇道派”为实现目标不惜采用政变、暴动以至暗杀等恐怖手段。统制派则主张运用合法手段，从事合法改革。统制派极力主张建立总体战体制。两派的对立还在于人员安排上的钩心斗角和争权夺利。两派并不是明确的组织，每派内部的行动也往往并不统一。
两派的斗争影响到没有实际权力的年轻军官。1936年2月25日深夜，东京城降下百年一遇的大雪。26日凌晨5时左右，香田清贞大尉、安藤辉三大尉、河野寿大尉、野中四郎大尉等9名政变核心军官率领1400余名官兵，从驻地武器库中夺取了步枪、机枪等武器，然后从位于皇宫外西侧三宅坂的第1师团驻地出发，分头去刺杀“天皇周围的坏人”。
这批“皇道派”的少壮派军官，他们袭击了首相官邸、警视厅（首都警察厅）等重要政府机关，杀死了内阁大臣、前首相斋藤实，藏相高桥是清，陆军教育总监渡边太郎，天皇的侍从长铃木贯太郎也被打成重伤。他们试图通过在首都东京发动军事政变来建立军部法西斯独裁。
叛军占领陆军省、参谋本部、国会及首相官邸等一带地区，要求陆军上层对国家实行法西斯化改造。政变激怒了日本天皇，天皇敕令平叛。后来经过上层两派势力激烈斗争后，暴乱在2月底被全部平定下去。
军部对政变的处理极其严厉。参加政变的青年军官中两人自杀，其余19人被起诉，此外被起诉的还有民间人士北一辉、西田税等和士官，共123人。经过不到三个月的审理，7月5日做出了判决，政变的直接策划组织者香田清贞等17人被判处死刑，其他关联人员也分别被判刑。
“二二六兵变”之后，“统制派”借机对“皇道派”进行了大规模的清洗和排斥，从此掌握了军部内的主导权。具有讽刺意味的是，“皇道派”发动政变时所设定的目标，在政变失败后反而得以实现。他们的军部独裁、国家政权法西斯化等愿望被同属法西斯派别的统制派逐步实现。统制派从此牢牢掌握了军部大权，而且内阁也被以新首相广田弘毅为首的文官法西斯集团所控制。
法西斯军阀要挟政府说：“政治的主导权如不让给军部，就会发生第二、第三个‘二二六’事件！”在军部的强烈要求下，日本政府在1936年5月恢复了1900年制定，1913年一度废止的陆海军大臣、次官由大、中将现役军人担任的制度。为了缩小议会权限，消除政党政治，法西斯军阀还提出所谓改革政治制度的“计划”，从而使议会完全变成军部法西斯独裁的附属品。
日本的军部法西斯独裁在“二二六兵变”后，正式宣告确立。之后，日本军部在国内推出了一连串的反动措施。对内加强“特别高等警察”；实行警察的特务统治；压制言论思想自由；迫害共产党人和进步人士等等，加紧镇压日本人民。对外则加紧侵吞华北。继1935年8月提出“广田三原则”（对华外交方针三原则：1中国方面要彻底取缔反日言行；2中国要承认“满洲国”，在这之前日本和中国在华北方面实行经济、文化的交流合作；3日本和中国合作，在接近外蒙古的地区内排除共产主义。）之后，1936年8月，日本政府通过了《第二次处理华北纲要》，进一步重申要使华北五省（河北、山东、山西、察哈尔、绥远）实现“特殊化”，以达到“华北分治”的侵略目标，意图肢解华北，使其脱离中国，沦为第二个伪“满洲国”。
日本由于国内长期存在军国主义反动传统，军部又在天皇制统治机构中占有特殊地位，所以日本不需要像德国和意大利那样组织法西斯政党来夺权。日本法西斯主义的显著特点是天皇制军国主义的法西斯化。依靠和利用现存的天皇制统治机构，以建立军部法西斯独裁的方式来推行国家的法西斯化。“二二六兵变”是日本军部法西斯独裁确立的标志。从此日本整个国家体制完全纳入战争和法西斯轨道。
日本军部法西斯独裁体制确立之后，日本向海外扩张的步伐进一步加快了。标志之一即是“国策基准”的制定。1936年8月7日，日本政府召开由首相广田弘毅主持的五相会议。所谓五相会议，就是有首相、陆相、海相、外相和财政大臣五人参加的会议。这次会议在军部提出的方案基础上，讨论通过了一个决定日本国策的纲领性文件“国策基准”。
“国策基准”是日本夺取亚太地区霸权的纲领性文件。它规定，日本的根本国策在于外交和国防互相配合，一方面确保帝国在东亚大陆的地位，另一方面向南方海洋发展。
这是日本官方文件第一次反映出海军对“南进”的要求。日本过去多年的侵略政策都是以“北进”的大陆政策为主导，陆军是方针受益者和支持者。华盛顿体系建立后，日美矛盾日益突出，海军乘机鼓吹“南进”主张。1935年冬召开第二次伦敦海军裁军会议后，日本国内更是掀起“南进论”的热潮。持“南进论”者扬言，日本有三条生命线，第一是中国东北，第二是“内南洋”即太平洋的委任统治地，第三是“外南洋”即荷属东印度、菲律宾等地。并说日本已握有前两条，现在应该夺取“外南洋”。
为保证对外侵略扩张的顺利实施，“国策基准”还规定了“扩充国防军备”的基本方针：陆军军备以能对抗远东苏军为目标，海军以能对抗美国海军、确保西太平洋制海权为目标。对于军部操纵外交工作、改革行政、统一舆论、加强军国主义教育，以及“加速制定国防和产业所需重要资源、原料的自给自足计划”等，都有原则性的规定。20世纪30年代中期日本对外侵略扩张的狂妄野心在这一“国策基准”中充分显露出来。
日本“国策基准”出台之前，军部还修订了《帝国国防方针》等有关军事作战的文件，对军事战略目标、扩军备战和军事作战方针等问题重新作了规定。首先，苏联和美国并列成为第一目标，中国和英国属地也被列入进攻计划；其次，规定在今后10年内大力扩充陆、海、空军，做到上述目标所要求的、足以征服东亚大陆及西太平洋的空前庞大的兵力。具体指标是：陆军常备师团为20个，战争初期所需兵力大体以50个师团为基干。海军对外作战部队，应配备战列舰12艘、航空母舰10艘、巡洋舰28艘、驱逐舰102艘、潜艇77艘。陆军航空兵力在战争初期要有140个中队，海军的常备基地航空兵为65个飞行队。
自1936年下半年开始，日本的扩军备战工作便根据这些文件的规定，“有条不紊”地开展起来。首先是庞大的军事预算，1936～1937年度军费达103亿日元，占当年财政支出的近46。1936年仅为了入侵华北的军事需要就追加预算1780万，制造大口径远射程的火炮，重新装备野战炮兵部队。对军工生产的投资也大为增加，1936年达982亿日元，比1935年增加22亿左右，占1936年工业生产总投资的491。1937年更增为2239亿，在总投资中的比重增长到617。
这样一来，1936年和1937年，日本军队不仅技术装备水平大幅提高，而且人员和武器也都增长迅猛。日本陆军常备编制从1931年的23万人，增长到1936年38万人，1937年的45万人。海军作战人员编制，1937年扩充1/4以上。1937年日本步兵师团装备的火炮数量超过了法国，几乎赶上英美，并且拥有一批新式火炮。飞机也从1931年的600架增为1936年的1500架。海军舰艇数量和海军基地建设也加紧扩充。1936年还计划建造世界最大的战舰。
日本在国内扩军备战的同时，在国际上也动作频频，主要是和德意志法西斯加紧勾结。早在1935年，希特勒就拉拢日本做侵略伙伴，1936年广田出任首相后，两国走得更近了。1936年春天，德日两国在东京、柏林同时举行谈判。德国法西斯外交代表和日本参谋本部人员都参加了谈判。
双方经过几个月的外交谈判，达成协议，于同年11月25日在柏林签订了《日德关于反共产国际协定》，有效期为5年。同时签订附加议定书。“协定”和“议定书”的主要内容，是缔约国双方加强有关共产国际的情报交流、协调反共手段、镇压各自国内为共产国际工作的人和抵制共产主义影响，以及要求第三国采取反共措施及参加本协定。
日德双方同时签订还有《反共产国际协定的秘密附加协定》。它规定：签字国一方受到苏联的进攻或进攻的威胁时，另一方不采取足以减轻苏联负担的一切措施；不经缔约国双方同意，任何一方不得同苏联签订与本协定精神相违背的任何政治性条约。这是一个具有反苏军事条约性质的秘密协定。
协定签订之后，日本法西斯军部和官僚们欢欣鼓舞。著名的法西斯政客松冈洋右兴奋地说：“只有大和民族和日耳曼民族即德意志能同这一国际危险物（指共产国际）做斗争，日德两国应以殉情精神携手并进。”
日德两个法西斯国家是一丘之貉，它们同为最富侵略性的帝国主义国家，不论是侵略扩张还是反苏反共，两国都有相同的利益诉求。1936年日本陆军省发布的一份材料称：“国际上的冲突正在加剧，蕴藏着一触即发的危机。现在的国际形势好像有人要把它弄得和上次世界大战前夜的样子”，“纵观目前国际形势，一方面是维持现状国与打破现状国的对立，另一方面是标榜人民战线的自由主义或社会主义国家与盛倡国家主义的全体主义（即法西斯主义）。”“结局，战祸何时爆发，实不可测。”
为了应对世界大战再次迫近的局势，日本终于和德国走在了一起。日德《防共协定》的签订，意味着“东京—柏林轴心”的正式形成。有了西方伙伴的支持，日本在东方的侵略扩张更加肆无忌惮，亚洲上空的战争阴云更加浓厚了。
1931年九一八事变后，日军几乎未受到任何抵抗便迅速占领了辽宁、吉林、黑龙江三省。在舆论的强压之下，张学良被迫下野，只好于1933年4月赴欧洲“治病”。
从欧洲回来之后，1934年2月张学良被任命为豫鄂皖三省剿总副总司令。1935年3月，任武昌行营主任，10月，兼任西北剿总副总司令。此时，日本侵华日甚，国民政府一再妥协，中共中央发表《为抗日救国告全体同胞书》，提出反蒋反日等口号，全国要求停止内战实行抗日的呼声日益高涨。
当时在西北地区，以西安为中心的国民党军队的主要力量有张学良率领的东北军和杨虎城率领的第十七路军。1935年4月，蒋介石为了削弱张学良的实力，命令张学良围剿红军，在屡遭挫折后，使张学良逐渐对蒋的调遣有所反感。1936年4月起，张学良开始和中国共产党秘密接触。4月9日，张学良乘专机飞抵延安会见周恩来。1936年9月，中国共产党与东北军正式签订了《抗日救国协定》，双方正式结束敌对状态。张学良拿出巨额私款，赠送红军作冬季衣食补给费用。共产党也在西安设立办事处。
张学良自从在西北地区实行联合抗日之后，曾多次劝谏蒋介石停止内战，一致对外，均遭拒绝。蒋介石调集嫡系军队约30个师准备从河南开入陕甘。而蒋介石本人也于1936年12月4日飞抵西安，要挟张学良、杨虎城，要他们将张、杨两部分别调往安徽、福建，由中央军进驻西北。张、杨力劝蒋介石联共抗日，蒋拒绝。两位爱国将领决定实行兵谏。
张学良和杨虎城
12月7日，张学良到华清池见蒋介石，再三苦谏，要求停止内战，一致抗日，遭蒋拒绝。
12月9日，中国共产党组织大规模的群众游行示威，纪念“一二·九”运动一周年。特务军警开枪打伤一名小学生，群众非常激愤，决定到临潼直接向蒋介石请愿示威。蒋介石强令张学良制止学生运动，必要时可以向学生开枪。张学良接到命令后，赶上游行队伍，极力劝说学生回去。东北大学学生高呼“中国人不打中国人！”“东北军打回老家去，收复东北失地！”等口号。张学良向群众表示一周内以实际行动答复学生要求，如果做不到，你们其中任何人都可以“置我张学良于死地”。请愿学生们在华清池前高唱《松花江上》一曲，感动了在场的东北军，全场爱国情绪高昂。
当晚，张学良找到蒋介石，再次劝蒋抗日，并要求蒋放过学生，但是蒋介石怒称：“对这批学生，除了拿机关枪打以外，是没有其他办法的！”张听后大怒，心想：“机关枪不打日本人反而去打爱国学生？”张蒋再次大吵，盛怒下的张学良于当晚决定兵谏。当晚张学良与杨虎城商议，决定发动兵变，命令白凤翔去捉拿蒋介石，白凤翔说“只见过照片，没见过本人，到时候乱军之中怕出错误”。于是，12月10日，张学良带着白凤翔见到了蒋介石，蒋正在召开会议，正式通过发动第六次“围剿”计划，决定在12日宣布动员令。
12月12日晨5时，张学良、杨虎城发动兵谏，东北军到临潼的华清池捉蒋介石，蒋从卧室窗户跳出，摔伤后背，躲在一块大石头后面，被发现活捉。17路军还扣留了在西京招待所的陈诚、内政部长蒋作宾、邵力子、福建绥靖主任蒋鼎文、陈调元、卫立煌、朱绍良等国民党军政要员，西安事变爆发。
当天，张学良、杨虎城向全国发出了关于救国八项主张的通电，提出：
1改组南京政府，容纳各党各派，共同负责救国。
2停止一切内战。
3立即释放上海被捕的爱国领袖。
4释放全国一切政治犯。
5开放民众爱国运动。
6保障人民集会结社一切政治自由。
7确实遵行孙总理遗嘱。
8立即召开救国会议。
西安事变爆发后，南京政府顿时陷入混乱状态，各方势力意见不一，争论不休。南京国民政府的军政部长何应钦是亲日派，他极力主张讨伐张、杨，意图炸平西安，置蒋介石于死地，由他取而代之。南京政府在事变当晚十一点半，召开中常会及中央政治会议联席会议，决议夺张学良本兼各职，交军事委员会严办。会议最后决定剿抚并用，一面以何应钦为讨逆军总司令，一面以于右任为陕甘宣抚大使。
但宋子文、宋美龄兄妹则反对武力讨伐，力主用和平方式营救蒋介石。宋美龄想到了澳籍友人端纳，端纳是生于澳大利亚新南威尔士州斯峪的记者，他一生的事业在中国，曾赞助过中国的辛亥革命，后来又成为北京北洋政府的客卿，曾为张作霖父子的谋士，与张学良交往密切，也是蒋介石的好友。宋美龄请端纳居中调停。在端纳的全力周旋下，12月22日，宋美龄、宋子文等飞到西安参加谈判。
张、杨这边，在事变当天就发电报给中共中央，邀请派代表团去西安，共商抗日救国大计，处理捉蒋的善后事宜。中国共产党中央从全民族的利益出发，为使事变朝着有利于抗日救国方向发展，派出周恩来、叶剑英等为代表到西安，提出只要蒋介石答应停止内战，一致抗日，就释放他回去，以争取一切可能团结的力量到抗日战线中来的方针。
经过两天的谈判，12月24日蒋介石接受了以下六项协议：
1改组国民党与国民政府，驱逐亲日派，容纳抗日分子；
2释放上海爱国领袖，释放一切政治犯，保证人民的自由权利；
3停止“围剿”政策，联合红军抗日；
4召集各党各派各界各军的救国会议，决定抗日救亡方针；
5与同情中国抗日的国家建立合作关系；
6其他具体的救国办法。
12月25日下午，蒋介石乘飞机离开西安，张学良坚持要亲自陪同。12月26日，蒋介石抵达南京。至此西安事变和平解决，但张学良被扣留，从此被软禁了大半生。
西安事变的和平解决，使得国共两党停止了内战，并促成了两党间的第二次合作。从此抗日统一战线建立起来，极大地鼓舞了中国人民的抗日热情。
1936年日本制定的总体战略计划——“国策基准”出笼后，全面侵华便成为日本的既定方针。1936年8月，日本参谋部就制定了《1937年度对华作战计划》。1936年末，日本军事当局在京都、名古屋地方由陆军参谋本部参谋次长主持举行了一次“将官演习”，向参加演习的将官交代了全面发动对华战争的战争部署。
这次“演习”的目的是设想日本对中国和苏联开战，而且从形势上看是先打中国，后打苏联。在这次“演习”前后，日本军事当局对发动全面侵华战争的军事作战问题已作了具体的研讨。参加这次“演习”的有十多个现役和预备役将官，他们后来都参加了全面侵华战争，担任兵团司令以上的职务。
与此同时，日本向中国东北大幅增兵，1936年的总兵力已超过1931年的4倍多，火炮增加3倍，飞机增加2倍，坦克增加9倍。这些兵力随时可抽调到华北作战。在华北，1937年春，关东军一部进驻通县及平津一带。驻华北日军兵力达1万余人。
从1937年6月起，驻丰台的日军连续举行军事演习。1937年7月7日下午，日本华北驻屯军第1联队第3大队第8中队由大队长清水节郎率领，荷枪实弹开往紧靠卢沟桥中国守军驻地的回龙庙到大瓦窑之间的地区。晚7时30分，在未通知中国地方当局的情况下，日军径自在中国驻军阵地附近举行所谓的军事演习，并诡称有一名日军士兵失踪。随后日方立即要求进入中国守军驻地宛平城搜查。
中国第29军第37师第110旅第219团拒绝了日方的无理要求。日军一面因“士兵失踪”与中国方面交涉，一面部属战斗。冀察当局为了防止事态扩大，经与日方商议，双方同意协同派员前往卢沟桥调查。此时，日方声称的“失踪”士兵已归队，但隐而不报。7月8日晨5时左右，日军发动炮击，守卫卢沟桥和宛平城的第219团第3营在团长吉星文和营长金振中的指挥下奋起反击。震惊中外的卢沟桥事变爆发了。
抗战期间，蒋介石在研究军事部署。
卢沟桥事变的爆发，在全国引起强烈反响。事变的第二天，中国共产党中央委员会就通电全国，呼吁：“同胞们，平津危急！华北危急！中华民族危急！只有全民族实行抗战，才是我们的出路！”蒋介石则提出了“不屈服，不扩大”和“不求战，必抗战”的方针，并致电宋哲元等人，命令他们坚守宛平城。
日军在遭到卢沟桥守军顽强抵抗后，分别在1937年7月9日、11日、19日与冀察当局三次达成所谓的“停战协议”。
到7月25日，陆续集结平津的日军已达6万人以上。26日，日军参谋部经天皇批准，命令日本华北驻屯军向第29军发动攻击，并增调国内5个师约20万人到中国，并向华北驻屯军司令官香月清司下达正式作战任务：“负责攻打平津地区的中国军队。”7月28日上午，日军按预定计划向北平发动总攻。
驻守北平的第29军将士在各自驻地英勇抵抗。最后，第29军副军长佟麟阁、第132师师长赵登禹战死，不少军训团的学生也在战斗中牺牲。28日夜，宋哲元撤离北平，29日，北平沦陷。7月30日，天津失守。平津地区完全被日寇占领。
攻占平津后，日军的气焰十分嚣张，决定按照预订计划大规模入侵中国。他们一方面开始实行全国的战时动员，另一方面以在华北地区的30万兵力分四路向中国内地长驱直入：一路由平绥路进攻绥远省；一路由津浦路、胶济路进攻山东省；一路由平汉路进攻河南省；一路由平绥路、同浦路进攻山西省。日军所到之处，中国遍遭蹂躏。
七七事变爆发后，蒋介石首先想到的还是通过外交途径解决问题。他要求外交部向日本驻华大使馆交涉，提出口头抗议；要张群起草讲和条件，并密派许世英飞往东京；要孙科和宋子文分别拜访苏、美大使馆，请求他们给予帮助，立即发表对日抗议通电。
但是外交谈判毫无结果，日本态度蛮横，不但不承认错误，反要求中国政府惩办卢沟桥肇事者。被蒋介石寄予希望的英美等国，也对日本侵华实行所谓“不干涉”的绥靖政策。美国国务卿赫尔利于7月16日向全世界62国发表了一纸空文的《和平原则十六条》，除了“维持和平”“信守国际协定”等空话外，只字不提日本的侵华战争。
在外援无望的形势下，蒋介石于1937年7月17日在庐山就卢沟桥事变及中日关系问题发表谈话，表示对日应战。这是蒋介石自九一八事变后发表的对日态度最强硬的一次外交谈话，也是第一次表明准备抗战的谈话。
在这次著名的“最后关头”演说中，蒋介石阐述了国民政府对处理卢沟桥事变及中日关系的基本原则。要点如下：
第一，中华民族是酷爱和平的。中国政府的外交政策，向来主张“对内求自存，对外求共存”，即争取国家民族的生存独立和维护世界和平。蒋介石讲道：“近两年来的对日外交，一秉此旨，向前努力，希望把过去各种轨外的乱态，统统纳入外交的正轨，去谋正当解决。”中国虽然是一个弱国，但如果临到了最后关头，便只有拼全民族的生命，以求国家民族的独立与生存。“到那时节再不容许我们中途妥协，须知中途妥协的条件，便是整个投降、整个灭亡的条件。”“最后关头一到，我们只有牺牲到底，抗战到底，唯‘牺牲到底’的决心，才能博得最后的胜利。”第二，卢沟桥事变不是偶然发生的，而是日本侵略者处心积虑的谋划。蒋介石指出，由于卢沟桥事变的发生，日本的大规模侵略，中华民族已临至人为刀俎我为鱼肉的悲惨境地，这是世界上稍有人格的民族都无法忍受的。如果卢沟桥可以受人压迫强占，那么，“我们百年故都，北方政治文化的中心与军事重镇的北平，就要变成沈阳第二！今日之北平，若果变成昔日之沈阳，今日之冀察，亦将成为昔日的东四省。北平若可变成沈阳，南京又何尝不可变成北平！”所以说，卢沟桥事变“是关系中国国家整个的问题”，卢沟桥事变能否得以解决，就是最后关头的境界。
第三，对于日本的肆意侵略，中国政府的态度是“应战，而不是求战”。“应战，是应付最后关头不得已的办法。”蒋介石在谈话中说，“因为我们是弱国，又因为拥护和平是我们的国策，所以不可求战。我们固然是一个弱国，但不能不保持我们民族的生命，不能不负起祖宗先民所遗留给我们历史上的责任，所以到了必不得已时，我们不能不应战。”至于战端既开之后，“再没有妥协的机会，如果放弃尺寸土地与主权，便是中华民族的千古罪人！那时便只有拼全民族的生命，求我们最后的胜利。”
第四，卢沟桥事变能否扩大为中日间的全面战争，全系于日本政府的态度，全系于日本军队的行动。“在和平根本绝望之前一秒钟，我们还是希望和平的，希望由和平的外交方法，求卢事的解决。”不过，中国政府关于处理卢沟桥事变的立场是：“（一）任何解决不得侵害中国主权与领土之完整；（二）冀察行政组织不容任何不合法的改变；（三）中央政府所派地方官吏，如冀察政务委员会委员长宋哲元等，不能任人要求撤换；（四）第二十九军现在所驻地区，不能受任何约束。”
蒋介石说，上述四点立场是弱国外交的最低限度，并敦促日本政府“设身处地为东方民族作一个远大的打算，不想促成中日两国关系达于最后关头，不愿造成中日两国世代永远的仇恨，对于我们这最低限度的立场，应该不至于漠视”。警告日本侵略者，如果继续一意孤行，中日战端一开，则“地无分南北，年无分老幼，无论何人，皆有守土抗战之责任，皆应抱定牺牲一切之决心”。
“庐山谈话”确定了南京国民政府准备抗战的方针，得到全国的响应。广西李宗仁和白崇禧通电拥护国民政府的对日主张。四川的刘湘，云南的龙云也都赶去南京，参加商讨抗日大计。中国共产党也发表声明，支持蒋介石的这个谈话。从此，全国掀起了团结抗日的新高潮。
庐山谈话之后，南京政府于1937年8月召开国防会议，并邀请中国共产党派代表参加。8月12日，周恩来、朱德、叶剑英、邓小平等飞抵南京参加军政部谈话会，并同国民党举行谈判。中国共产党参加国防会议，并提出中国共产党关于全国抗战应实行持久战的战略方针以及应采取的作战原则的建议。
通过出席会议和进行统战工作，中国共产党在南京逐步取得了公开合法的地位。在会议期间，中国共产党代表利用各种机会和场合同南京党政军各界要人以及冯玉祥、刘湘、唐生智、白崇禧、龙云、张发奎、黄琪翔、黄绍竑等将领会晤交谈，积极促进抗日统一战线的工作。从接触中，周恩来等人亲身感受到，南京主战气氛越来越浓，主和者不得人心。共产党对于蒋介石的抗战态度和军事部署，也有了进一步了解。
南京国防会议开得比较成功，会议决定以军事委员会为抗战最高统帅部，推蒋介石为陆海空军大元帅，不另设大本营。根据国共两党达成的协议，中国工农红军主力部队改编为国民革命军第八路军，开赴华北进行独立的对日游击战争。中共中央军委任命朱德、彭德怀为八路军正副指挥，全军编制45万人，下辖3个师。
8月20日，南京政府军事委员会颁布了中国军队战斗序列及作战指导计划，将全国分为五个战区：第一战区是冀省及鲁北，是主战场的正面；第二战区是晋绥察，是主战场之侧背；第三战区是苏南（长江以南）及浙江；第四战区是闽粤；第五战区是华北（长江以北）及鲁南。此时，“八一三事变”已经爆发。
经过庐山会议和南京国防会议，中国的抗战体制正式形成，抗战局面出现了新的转机。
日本在华北展开大规模攻势的同时，开始将战略战略重点南移华东，从上海向中国横插一刀。企图通过南北两面施加军事压力，迫使南京政府屈膝投降，达到“三个月之内灭亡中国”的狂妄目标。
对中国来讲，无论是经济意义还是政治军事意义，上海的地位都十分重要。上海是蒋介石赖以起家的江浙财阀的基地，也是四大家族的经济中心和英美帝国主义在华利益的集中地，而且还是南京的屏障。上海一旦失守将直接威胁国民党政府对全国的统治。所以蒋介石和国民政府下决心保卫上海，并任命张治中为京沪警备司令官，负责上海和南京的军事防卫。
1937年8月7日，日本政府召开四相会议，根据陆海军的协议，通过了一项决定：在“大陆使用武力的地区应为河北—察哈尔和上海。”根据这一决定，日本军事当局开始在上海寻衅发难。8月9日，日本驻上海的海军特别陆战队官兵二人，企图驾驶军用卡车冲入虹桥中国军用机场，机场卫兵不得不开枪制止，两个日本兵中弹毙命。
当夜10时，上海市市长俞鸿钧赴日总领事馆交涉，叙说了事件经过，并主张用外交途径解决，不使事件扩大。日本方面却声称日本全国对于虹桥击毙二日兵事极为震动，外交解决可以，但中国必须满足两个要求：（一）将保安队撤退；（二）将保安队已筑之防御工事完全撤除。遭到中国拒绝。日本还借口此事件在8月10日运送增援部队到上海，撕毁了1932年签订的《淞沪停战协定》。
针对日军的行动，蒋介石也在8月11日开始调动中国军队进入上海地区，继日本之后背弃了《淞沪停战协定》，决意对抗日军的进侵。第二天，日本要求列强迫使中国解散进入上海的部队，但市长俞鸿钧声明日本7月7日对中国的侵略已经违背了协定。上海市民狂热地欢迎重新在上海出现的中国部队。
中日双方频频调动军队，战事已经一触即发。
当时负责上海防卫的张治中将军，对军事指挥及军事理论有着很深的研究，他还有指挥第一次淞沪战役的作战经验。七七事变爆发时，张治中正在青岛养病。卢沟桥的炮声使他无法再安心养病，他毅然返回南京，担负起保卫京沪的重担。
张治中总结九一八以来中国屡战屡败的教训，认为九一八和淞沪“一·二八”战役，中国军队要么是“敌人打我，我不还手”，要么是“敌人打我，我才还手”，每次都让敌人占了先机。所以这次一定要改变作战方针，争取主动出击。总体的作战精神便是：一旦战争无法避免，我军即以优势兵力出敌不意，一举全歼上海之敌，并要使以后日军登陆和增援失去凭借。
为实现这一战略构想，在“八一三”之前，张治中就在上海做好了应战准备。他在淞沪外围各要点密筑工事，构成坚固的主阵地带和后方阵地带，并加速了铁路、公路和江防交通、通讯设施的调整和建设。
国民党军准备进攻上海的第一批部队是第9集团军第87、88师，原为国民政府的警卫部队，是德国顾问训练的样板师，全部德国武器装备，是国军精华。秘密开到上海附近后，张治中又建议抽调正规军化装为保安队进驻上海，蒋介石同意了，派了第2师补充旅换上保安服装进驻虹桥机场。何应钦认为这一做法冒险，拍了张治中的肩膀：“文白（张治中字文白），这是要闹出事来的啊！”
七七事变后，日军在上海活动日趋频繁，原驻汉口的陆战队千余人也调到上海，日舰十余艘位于浏河至吴淞间，封锁了海口。张治中根据这些情况判断，大战将不可避免，于是他在1937年7月30日向南京最高统帅部提出了他的作战报告。报告说，在断定日军发动战争无疑的情况下，“宜立于主动地位，首先发动，较为有利”。
但是来自南京的回复却是：“卅来电悉，应我先发制敌，但时机应待命令。”张治中接电后，于8月1日分别发布了激励京沪区将士的文告和《告京沪区民众书》，讲明了战争形势和保卫上海的意义与决心。以使将士和民众有所准备，并动员全军将士和民众立即行动起来，“抗战到底，以求最后之胜利”。
上海“虹桥机场事件”之后，中日开战已经迫在眉睫。在此紧张时刻，张治中决定攻击部队于8月13日拂晓对虹口、杨树浦两翼日军据点发动突然攻击，打他个措手不及。然后以一个扫荡态势，一举消灭为数尚少的驻沪日军，把上海一次整个拿下来。
然而，当作战部队准备攻击时，南京统帅部突然打来电话：“不得进攻。”张治中回电说：“我军业已展开，攻击准备也已完毕。”请求继续进攻。但南京复电仍然是“不得进攻”。
原来当时上海外交使团因怕上海打仗，建议南京政府将上海改为不设防城市——自由口岸。该建议11日发出，12日到达外交部。因此导致南京政府犹豫不决，命令军队停止进攻，结果坐失良机。
上海前线的中国军队，没有等到南京的作战指示，却等来了日本的进攻。8月13日，日军凭借停泊于黄浦江上的军舰，炮轰闸北一带，日军飞机也对闸北狂轰滥炸。从上午到下午三点，日军在海空军的火力支援下和在坦克掩护下几次向宝山路、八仙桥和天通庵发起进攻，企图切断我大场与闸北的联系，围歼守卫北站地区的国民党军队。张治中将军指挥的第87、88师奋力迎战。淞沪血战拉开序幕。
应日本方面要求，8月12日下午，《淞沪停战协定》共同委员会会议在公共租界工部局会议厅召开。出席者除中日双方，还有英、法、美、意四国代表。会上，日方代表冈本声称：今晨中国保安队及正规军队，已在近郊设置防御工事，此种行动，违反停战协定，应请共同委员会加以注意，采有效办法，加以制止。
上海市市长俞鸿钧随即驳斥：“共同委员会设置之目的，在维持上海之和平与治安，并非协助日本政府实施侵略政策。”“虹桥事件发生后，日方曾一再表示静候调查事实真相，以外交方式解决，但一面竟军舰云集，军队大增，军用品亦大量补充，此外尚有大批军舰正在途中，源源而来。此种措施，不独妨碍各国侨民之安全，且对中国为一种威胁，且足发生危害之行为。中国在本国领土内，当然有权采取自卫之行动……我方秉承中央所定‘人不犯我，我不犯人’之一贯政策，对侨居上海之各国侨民，仍当加以保护。”
各代表提议是否可将保安队稍稍后撤以免发生冲突。俞鸿钧义正词严地回答道：“停战协定早已为日方破坏，故本日实无召集共同委员会之必要。”“我国军队，在本国土地行动，有绝对自由之权，此则未容他人之置议。”“为维持上海之和平治安计，如日本将增加之军舰与军队调回，则我方对撤退保安队一点，亦愿加以考虑。”会议无果而终。
在会上日本做出一种竭力避免战争的姿态，在行动上却一直进行积极准备。最后挑起“八一三事变”的恰恰是日本。
8月14日，南京政府发表自卫抗战声明，宣布：“中国为日本无止境之侵略所迫，兹不得不实行自卫，抵抗暴力。”
蒋介石下令，将京沪警备部队改编为第9集团军，张治中任总司令，负责攻击虹口及杨树浦之敌；苏浙边区部队改编为第8集团军，张发奎任总司令，守备杭州北岸，并扫荡浦东之敌，炮击浦西江山码头；空军出动，协同陆军作战，并担任重要地段的防空。
淞沪抗战开始时，国民党军占据了绝对优势。驻沪军队除2个精锐师外，还有2个装备德国火炮的重炮团，即炮兵第10团（100毫米加农炮）和炮兵第8团（150毫米榴弹炮），而且还有坦克、空军助战。而当时日军在上海的部队仅海军陆战队3000多人，紧急从日本商团中动员退役军人，合计也不过4000人，重武器也不足。按理中国军队应全面压倒上海的日军。
为抢得战争主动权，第9集团军于8月14日对上海市区之敌发动全面进攻，同时出动空军，轰炸日海军陆战队司令部、汇山码头及海面舰艇。攻击重点最初为虹口，后转向公大纱厂。
经过数日苦战，第87师占领沪江大学，第88师占领五洲公墓、宝山桥、八字桥各要点。日军在16日退守江湾以日本海军陆战队司令部为中心的据点。但是这次围攻日军并不顺利。为数只有几千人的日军，凭借坚固工事进行顽强抵抗。中国军队往往屡攻不克，无功而返，而且造成自身很大伤亡。8月14日，负责指挥进攻日军的第88师264旅旅长黄梅兴阵亡，为开战以来中国军队牺牲最高级别之军官。其旅伤亡1000余人，连排军官几乎损失大半。
除地面进攻外，中国还出动了海空军。8月14、17和19日，中国飞机多次出动轰炸日军目标，并与日机爆发激烈空战。8月14日，第4驱逐机大队大队长高志航率所部飞机于杭州笕桥机场上空击落敌机6架、击伤多架，创下中日战争史上击落日机的纪录。后来国民政府将这一天定为空军节。海军则奉命以商船沉于十六铺，封锁黄浦江，以防止日舰溯江而上进攻上游。
这次上海围攻未竟，陈诚日后回忆时总结说：“以5师之众，对数千敌陆战队实行攻击，竟未能奏功，实在是当时部署种种不当的缘故。”这是国民党军队第一次各军种（空军、海军、陆军）和各兵种（步兵、炮兵、坦克）大规模合成作战，相互的协同很差。步兵逼坦克冲锋又不予以掩护，结果坦克被日军全部击毁；步兵失去坦克掩护后攻坚伤亡惨重，甚至出现一个营部队挤在一条街内被日军堵住街口全部击毙的悲烈战况。之所以发生这种混乱状况，是因为“步兵与炮兵、战车协同作战的训练从来没做过”。
中国军队在上海主动出击并发起凶猛的进攻，让日军大吃一惊。但是中国军队的兵力与火力仍然无法取得优势，特别是没有足以攻坚的重型武器，单靠部队英勇攻击，无法攻破日军在上海坚固的据点。所以虽然取得攻击的先机，而且表现勇猛，但是却没有达到赶日军下黄浦江的目的。
中日两军在上海正式开火之后，国际列强感到自己在上海的利益受到重大影响，于是装模作样地提出停战调停的要求。而蒋介石一直想要争取国际社会的支持，因此不得不对列强的要求有所敷衍。日本正可以利用机会喘息以固守待援，这也增加了中国军队早期攻势的困扰因素。
为解救在上海困守待援的日军，日本大本营在8月15日决议，立即向上海派遣两个师团，并召回退役的攻坚战专家松井石根担任上海派遣军司令。松井石根觉得部队少了，辞行时向米内海相和杉山元陆相表示，给他五个师团，他一定能打到南京去。
淞沪会战开始后不久，蒋介石就成立了大本营，自认大元帅，编定全国战斗序列，将江苏长江以南（包括南京、上海）及浙江地区划为第三战区，以冯玉祥为司令、顾祝同为副司令。蒋介石虽任命冯玉祥为司令，却特地交代“以顾副长官之命令为命令”。顾是他的心腹干将。这样冯玉祥只不过是个空头元帅。
8月下旬，中国军队继续围攻盘踞在海军陆战队司令部、杨树浦等据点的日军，新抵达战场的国民党军精锐部队第36师迅速投入战斗。但我军终因装备低劣、火力不够威猛，面对钢筋混凝土筑造的工事而一筹莫展。中国仅有的装甲部队——南京装甲团配属第36师的两个连战车反被日军舰炮悉数摧毁，两连官兵全军覆没，壮烈殉国。
8月22日，日本上海派遣军的援军抵达上海。8月23日拂晓，增援日军在狮子林、川沙口、张华浜等方面登陆，企图从侧翼包围攻击上海日军基地的中国军队，战况骤然吃紧。蒋介石闻讯，急忙命军政部次长陈诚为第15集团军总司令，指挥第98师、第11师和刚刚抵达嘉定的第67师、第14师火速分赴各处阻击敌人登陆。
日军增援部队登陆之后，中日双方的上海之战主轴，开始由东西向转为南北向。淞沪会战的主战场，就在上海西北的郊区展开，整个战场的方圆半径，不过几十千米，但是中日两军在此血战长达两个多月，死伤的人数超过30万人以上。战斗最为激烈的罗店与大场，更是成为名副其实的“血肉磨坊”。
这时蒋介石已经决定将主力决战的地点，放在上海地区。于是立刻重新部署在上海作战的兵力，成立第三战区，派出张发奎的第八集团军，防守浦东到杭州湾阵地，张治中的第九集团军防守上海市区，而陈诚的第十五集团军负责上海市郊到长江的防线。日军最初只是希望能够解上海之围，但面对源源涌到的国军主力，日本被迫一再增兵。
这次日军吸取了“一·二八”事变的教训，大量抽调各个师团的工兵单位参加上海派遣军中，特别增加各种搭筑桥梁的设施装备，以增加日军在河道之间的运动能力，并且避免在上海的市区作战。松井石根先将主力放在攻占上海西北郊区的宝山到罗店一线，以扩大日军登陆的滩头阵地。陈诚第十五集团军的主要作战任务则是“反登陆作战”，于是中日两军的主力，就在这个地区进行非常惨烈的阵地争夺战。
日军拥有绝对的海空军优势，日军的海军炮舰的火力更是全球第一。日本海空军对中国军队阵地进行了近乎摧毁性的密集射击。国军在天摇地动的炮弹轰击下，艰难抵抗。我方仅有的轻炮兵，根本没有还手的力道，于是在长江沿岸阵地，国军死伤无数，其中以守宝山的姚子菁营血战七昼夜，全营战死无一生还最为壮烈。
8月23日起，日军第3、第11师团在舰炮密集火力掩护下，向吴淞口铁路码头、狮子林、川沙口登陆，进攻宝山、月浦、罗店、藻浜我军阵地。刚组建的第15集团军在罗卓英指挥下，向宝山、川沙口登陆之敌发起反击，第98师于8月24日击退攻占狮子林的日军，歼敌数千人。
第11师冒着飞机猛烈轰炸，经艰苦战斗，收复罗店。不甘失败的日军，调集坦克、飞机和重炮大举反扑。双方围绕罗店展开拉锯战。第11师与原先防守此地的第67师并肩战斗，以“一寸山河一寸血”的感天动地精神与日寇厮杀，战况之惨烈，为开战以来所仅有。守军阵地几经易手，往往得而复失，失而复得，阵地前尸积如山，血流成渠。第67师师长身负重伤，第201旅旅长蔡炳炎及两个团长阵亡，两个师的营连长大半牺牲。血战至29日，罗店再度陷入敌手，刚刚从德国回国奔赴前线的黄维率第67师奋力突入，旋被击退。
松井石根虽然攻占了罗店，但是没有足够兵力继续进攻，以切断上海到南京的交通线，而完成对上海的大包围。因为在上海市区以及东区的中国军队，仍然在对受到围困的日军阵地，进行猛烈攻击，松井石根必须要抽调兵力，支援这些地区的战斗。
在罗店争夺战中，中国军队几乎到了全部队牺牲有死无回的程度。陈诚的第十五集团军，才打不到半个月，就已经减员半数以上，到了9月10日，才放弃反登陆的滩头决战，退到河道密布的内陆，防守马路河到蕴藻滨，以及潘泾到杨泾的地区。
中日两国在上海血战，这时已经成为全球新闻关注的焦点。所有的国际军事专家都不敢相信眼前的事实：中国军队竟然能在上海力战日军。军事专家预测中国军队最多可坚守一个星期，结果战争竟然打了一个月以上。中国军队猛攻张华浜车站，攻势之猛烈，更是令中外记者目瞪口呆，日军只有全力投入部队稳住战线。在黄浦江中的日本舰队，向沿岸阵地疯狂倾泻炸弹，整个上海租界全被炮声与火光笼罩。然而日本拼死反击的结果，也仅仅得以勉强守住阵地，北站、八字桥等关键据点仍牢固地守在中国第9集团军的手中。
淞沪会战打了一个多月，战事久拖不决大出日军意料。虽然日军凭借精良的武器装备优势，将中国军队的进攻一一击退，但是中国军队前仆后继、视死如归的英勇精神，也给自诩不可战胜的日军带来很大震慑。
日本的大本营这才意识到上海战事正在发展成一场超级大会战，而日军原先规划的上海派遣军兵力，根本不足以胜任。日本最高层决定将侵华的主要作战方向由华北转移到上海，并要求加快战争进程，“大致以10月上旬为期，在华北与上海两方面发动攻击，务必给予重大打击，造成使敌人屈服之形势”。
为了尽快结束上海战事，避免“三个月之内灭亡中国”成为国际笑柄，日本统帅部再次做出增兵决定，正式组成上海派遣军战斗序列。将华北方面军所属第9、第13、第101师团转隶上海派遣军序列，另外还从台湾调来了步兵旅团、重藤支队、第1后备步兵团等部队。加上原来的几个师团，9月下旬日军在上海的兵力，光步兵就达到了5个师团。算上空军和海军的兵力，日军在沪总兵力达到20万人。日本决心要在淞沪会战中，与中国军队一争高下。
日军轰炸后的上海
面对敌人调兵遣将的态势，国民政府也决定迅速增派各省及中央军部队至淞沪参战。蒋介石在9月21日，下令改组第三战区，亲自兼任战区司令，将上海的作战部队分成左翼作战军（陈诚），中央作战军（朱绍良），同时将所掌控的中央军，悉数投入战场。与此同时，华南、华中，甚至西南的各路部队，也毫无保留陆续赶往上海战场增援。
为打赢这场恶仗，蒋介石可谓不惜血本，他把自己手中的精兵良将几乎全派到了淞沪前线。集团军中，除了原有的第8、第9、第15集团军外，又增加了薛岳的第19集团军、刘建绪的第10集团军，稍后，廖磊的第21集团军也被调来。加上不久后赶赴上海参战的第21集团军及川军刘湘部5个师，国民党军总兵力已达70个师、70余万人。
日本上海派遣军统帅松井石根得到增援之后，将主力继续放在上海西北部的郊区，以准备对中国军队的侧翼进行包围作战。不过随着日军深入内陆，渐渐失去了威力强大之海军舰炮为火力支援。40天里，日军只前进了5千米，从潘泾打到杨泾。多处阵地双方反复争夺，中国军队每次都是拼到弹尽援绝，才被迫撤退。松井石根用尽种种手段，终于在10月7日，攻到上海西方郊区的交通枢纽大场。如果日军攻陷大场，在上海市区以及浦东的中国部队，就只能退出阵地，才能避免陷入日军的包围圈。
为了守住大场，蒋介石手边可以调动的兵力全数用上了。军政部长何应钦说，在上海战事最为激烈的时候，一个师的部队调到火线，只能维持半天。最后，蒋介石把中央军校教导总队，以及宋子文所掌握的税警团，都调出应战，以防堵前方战线的崩溃。税警团第四团团长孙立人，在防线争夺战中，奋不顾身地反复冲杀，几度夺回阵地，自己也身负重伤，因而使得税警团声名大噪，孙立人也因此役成为中国军队的新星。
由于日军掌握着长江下游地区的绝对制空优势，中国军队要历经艰险才能开到前方战线。许多军队往往还未到达前线，就已遭到日机攻击而损失惨重，后勤支持与伤员救护更是困难，经常处在时断时续状态。
10月17日，李宗仁的桂系王牌部队，第21集团军增援到前线。蒋介石认为淞沪会战已到了最后关头。于是把21集团军当成决战预备队，立刻投入战场，企图反击日军攻势。但这次出击由于时间仓促，计划又不够周详，结果攻势受挫。反而让日军抓住机会，发动反击。
日军在10月25日攻陷战略重镇大场，直逼苏州河。中国军队在上海作战防线，顿时有被日军切断的危险，第18师师长朱耀华因为大场的战线被突破，全师阵地溃散而拔枪自杀。大场阵地被攻陷后，蒋介石被迫下令部队全部后撤过苏州河，重新布防。
在大部队奉命后撤时，蒋介石本人亲自下令，第88师留下一个营的兵力，与日军周旋到底。其目的是为了营造国际舆论的报道与支持。这就是被人传颂一时的“八百壮士”事迹。10月26日晚，守卫大场防线的中国军队第88师第524团第2营400余人（报界宣传称“八百壮士”），在副团长谢晋元、营长杨瑞符的指挥下，奉命据守苏州河北岸的四行仓库，掩护主力部队连夜西撤。
在日军的重重包围下，守卫四行仓库的全营战士孤军奋战，誓死不退，坚持战斗4昼夜，击退了敌人在飞机、坦克、大炮掩护下的数十次进攻。与此同时，许多民众冒着生命危险，把慰问品、药品源源不断地送入了四行仓库，支持壮士们抗击日军。日军气急败坏，组织敢死队，不计牺牲地猛攻，经过三天三夜的血战，中国守军的阵地，仍然飘扬着国旗。最后在租界各国请求之下，这支力战不屈的孤军，才奉命退到租界之内。
“八百壮士”的英勇事迹轰动中外，一时声名远扬，虽然于战局无补，但是极大地振奋了人心，震慑了日军，也赢得国际舆论一片称颂声，被一些国际人士誉为“抗日奇迹”，起到了很好的政治宣传作用。
淞沪会战进行到11月初，中国军队虽早已由主动进攻转入被动防御，且一再后撤，但仍控制上海。这与日本当初“迅速解决上海战事”的如意算盘恰好相反。日本是个资源有限的岛国，是无法和中国这个庞然大国比拼耐力和韧劲的。
经过数次增兵，日军依旧无法取得决定性胜利，日本统帅部对此感到极为恼怒，也大为焦急。国际社会开始怀疑日军的战力，日本人民也开始从狂热中体会到挫败与死亡的忧虑。日本大本营经过审慎研究商讨后，认为中国已倾全国兵力之五分之三云集上海，所以中日主力决战的地点应该在华东，而不是日本之前认定的华北。日本在华北方面过多待命决战的部队，根本是战略部署的浪费。
日本大本营因而提出“目前刻不容缓的是迅速结束上海战役”，并决定将战略重点转向华中、华东。于是日本大本营在10月26日，以“临参命一二〇号”，做出最新战斗序列的调整，下令由华北方面军抽调第十六师团，加入上海派遣军战斗序列。同时以第6师团、第18师团、第114师团，以及国崎支队等特战与支持部队，组成第10军的战斗序列，由柳川平助中将率领，前往上海地区参战。至此，聚集在上海的日军总数达到27万。
日军第10军预定的作战方案是：1在10月末或11月初在杭州湾金山卫附近地域登陆，主力以快速突进方式向黄浦江之线前进，攻占松江，切断沪杭铁路，一部向闵行渡河点前进，策应上海派遣军作战；2渡过黄浦江之后向上海以西及南方攻击前进，与上海派遣军配合消灭上海周边的中国军队。
在敌人大兵压境、欲图决战之际，蒋介石却又陷入对国际社会调停的奢望中。《九国公约》会员国，将在11月3日于比利时布鲁塞尔召开会议，主题是讨论中日之战，所以蒋介石希望在上海地区继续作战，以利于中国求诸国际仲裁。
其实寄希望于列强干涉的念头，蒋介石一直没有放弃过。淞沪一役，实乃日本人逼迫太甚不得已而为之，“打”的目的是为了将来可以更好地“谈”。国际社会的调节，是他紧抓不放的救命稻草。所以蒋介石一闻布鲁塞尔会议将讨论中日之战，立刻喜出望外，乱了之前的战争部署。
原来之前蒋介石已决定按照白崇禧、陈诚等人建议，放弃上海，采取持久战策略，全军退到上海外围的国防工事固守，抗击消耗日军。本来这是当时情势下的明智之举，但《九国公约》会议的消息搅乱了蒋介石的头脑。在撤退命令下达之后的第二天，11月1日夜10时蒋介石偕白崇禧、顾祝同等人乘火车，冒雨来到国民党淞沪前线中央军总部驻地南翔，在一所小学里召集由师长以上将领参加的紧急军事会议。
会上，蒋介石大声讲道：“《九国公约》会议对国家命运关系甚大，我要求你们作更大的努力，在上海战场再支持一个时期，至少10天到两个星期，以便在国际上获得有力的同情和支援”，“上海是政府的一个很重要的经济基地，如果过早地放弃，会使政府的财政和物资受到很大影响”。会后，宣布撤销撤退命令，各部队坚守原先阵地。新命令下传之后，部队一片哗然。一些已经卷好铺盖准备撤退的士兵只好匆匆返回阵地，队伍秩序开始出现混乱。而且短短时间内命令两次反复，使得中国守军士气大受影响。
然而恰在此时，日本增援的第10军，突然在杭州湾的金山卫登陆。蒋介石在上海作战初期，曾设想过日军从金山卫登陆包抄的可能，因此在沿岸建有简单的防御工事，还留有部队监视。但后来蒋介石及其军事顾问都认为日军已无再投入登陆杭州湾的兵力。结果没料到，日本竟把华北方面的军队抽调来了上海。
11月5日拂晓，日本第10军在柳川平助指挥下，由舰队护送至杭州湾金山卫附近之漕泾镇、全公亭、金丝娘桥等处突然登陆，包抄淞沪中国军队防线南方的背后。日军登陆时，在杭州湾北岸几十千米长的海岸线上，中国仅有少数兵力和地方武装防守。既无重炮，也无像样工事。10万装备精良的日本生力军迅即突破防线，登陆成功。
当蒋介石得知日军登陆金山卫的消息时，不禁大吃一惊，立刻火速调兵阻挡。此时却无兵可调了，第62师回防阵地已经太迟，第67军刚从河南赶到，根本还没有完成集结，立刻就被日本第10军的主力击溃。
11月8日夜，日军凭借强大火力从东、南、西三面突入松江城，守军死亡殆尽。日军遂占松江，随即兵分两路：一部沿太湖东岸，经浙江、安徽直趋南京，主力则指向枫泾镇、嘉兴、平望。9日，切断沪杭铁路及公路。
日军在杭州湾登陆的战略意图非常明显，就是要从背后包抄在上海决战的中国军队，准备围歼。但是身为统帅的蒋介石此时已经方寸大乱，未能对这个情势变化做出实时与果断的退兵决定，只是设法抽调一切可能的部队去杭州湾沿岸，以阻挡日本第10军的登陆与推进，却迟迟没有调动在上海参战的军队。白崇禧告诉他，前方将士听到日军登陆的消息后人心惶惶，有的部队已经出现混乱，大有失控之趋势，再不撤退70万人只有白白等死了。于是蒋介石不再坚持，于11月8日晚下令全面撤退。
撤退命令虽然下了，但由于命令仓促，指挥不利，大撤退演变成大溃退，完全没有章法。日军地面部队穷追不舍，飞机则在天上轰炸扫射。蒋介石原本计划撤到吴福线、锡澄线、乍嘉线和海嘉线一带，依托原有坚固工事作持久抵抗，但败军穿越工事径自溃逃，致使耗费数年苦心筑成的这些工事成为摆设，国民政府首都南京于是门户大开。
11月11日，上海市市长俞鸿钧发表告市民书，沉痛宣告上海沦陷。11月13日，国民政府发表自上海撤退之声明：
“各地战士，闻义赴难，朝命夕至，其在前线以血肉之躯，筑成壕堑，有死无退，阵地化为灰烬，军心仍坚如铁石，陷阵之勇，死事之烈，实足以昭示民族独立之精神，奠定中华复兴之基础。”
至此，在历经3个月的血雨腥风之后，淞沪会战落下帷幕。
回过头来，再说蒋介石之前所寄希望的《九国公约》。会议上通过的宣言，对日本连句谴责都没有，只是不痛不痒地表示：“日本为干涉他国内政而使用武力，既无法律根据，且此项权利一经公认，将永为纠纷之渊源。”
在淞沪会战惊心动魄的三个月当中，全中国上下凝结一心，达成了“纵使战到一兵一枪，亦决不终止抗战”的共识。这是中华民族历史上最为悲壮的决定。中国坚抗日寇达百日之久，使得世界各国对于中国的抗日实力与决心，产生刮目相看的态度。淞沪会战的意义更在于，打破了日军“三个月灭亡中国”的妄言，将中日战争拖入持久战。一旦日军无法速战速决，也就决定了它最后失败的命运。
卢沟桥事变后，日军很快便占领平、津，之后便按照既定计划，分多路向中国内地进军。其中一路便是从长城线向西切断同蒲路，然后南下，从平汉路西取正太路，会攻山西。
1937年初秋，日军板垣师团猛攻南口。同时日军东条纵队猛攻张家口。张家口守军第29军刘汝明部不战而退，阎锡山的第61军反攻不力，张家口失守。张家口失守后，日军下一个矛头便是第二战区阎锡山苦心经营的山西。
山西地处华北屋脊，有高屋建瓴之势。占领山西，东进可以控制华北平原，南下可以逐鹿中原，乃历代兵家争夺要地，被称作“华北之锁钥”。另外，山西还盛产煤、铜和锡，这些都是重要的战争资源。所以日军对山西志在必得。
日军占领南口、张家口后，阎锡山判断，日军为运送部队、军火，展开机械化作战，以发挥其优势，下一个进攻目标应该是大同。阎锡山为此部署了大同会战计划。
但是，9月上旬，东条纵队和伪蒙军沿平绥线击破李服膺部防守永嘉堡、天镇间的国防工事，直抵阳高城下。李部一路逃到桑干河以南，日军于9月13日攻占大同，而其主力板垣师团指向平型关，意图抄雁门关后路，然后夹击太原。阎锡山的大同会战计划流产，之前部属在雁门关一带的兵力失去了意义，而平型关一带则兵力空虚。阎锡山被迫立即着手部署平型关会战。
此前国共两党已就红军改编达成了协议：红军主力改编为国民革命第八路军，设总指挥部，下辖3个师，每师15万人，并任命朱德、彭德怀为正负总指挥。1937年8月25日，中央军委正式下达命令，宣布中国工农红军第一、第二、第四方面军和陕北红军等部，改编为国民革命军第八路军（9月11日改称第18集团军），一般简称“八路军”。八路军总部直属3000余人，全军共有46万人。
在华北形势万分危急的情况下，中共中央在8月22日至25日在陕西洛川召开了政治局扩大会议。会议通过了《关于目前形势与党的任务的决定》和《抗日救国十大纲领》。这次会议用较长时间讨论了八路军出征后的作战方针问题，最后一致同意毛泽东所做的结论：“基本是独立自主的山地游击战，但不放松有利条件下的运动战。”
按照和国民党政府达成的协议，八路军开赴阎锡山负责的第二战区作战。很快八路军就陆续从陕西韩城、潼关两处东渡黄河，开赴抗日前线。当八路军过了黄河时，日军已威胁到阎锡山的心腹地带。
当时日军的主攻方向分左右两翼：右翼一个派遣兵团和两个独立混成旅团占领大同后，准备出山阴进犯雁门关；左翼第5师团企图突破平型关与大同之我军防线会师雁门关。日军的如意算盘是：两翼会师后攻占太原，以大迂回动作，迫使国民党军队撤退，达到不战而占华北5省之目的。
八路军进入山西后，分兵两路迎击日军，开赴晋东北的是115师，主力在9月中旬赶到平型关以西大营镇集结。
平型关位于河北与山西交界地带，是进入山西的一个重要隘口，敌人选中这个薄弱的地方作为攻打山西的突破口。
平型关东北方向有一条通往灵丘县东河南镇的狭窄沟道，沟长十多里，两面是山，深数十丈。沟底道路仅能通过一辆汽车，尤其沟道中段，地势最为险要，是打伏击战最理想的地方。八路军115师先遣部队发现敌人大队人马正向平型关方向运动，师党委决定在这里与日军打一仗。
115师师长命令部队25日零时出发。战士们顶着狂风暴雨，涉急湍山洪，在拂晓前到达了指定地区，把全师主力布置在平型关到东河南镇10余里长的公路南侧山地边缘上。进攻平型关的敌人完全处于包围圈伏击之中。
进犯平型关的日军是坂垣第5师团。板垣师团有很强的武士道精神，战斗力非常强，自进攻华北以来，每每令国民党军不战而退。不过这次他们万万没有料到八路军这么快便东渡黄河，并埋伏好了等着他们。
那天夜里，阴云密布，大雨如注。埋伏待敌的战士们只着单军装，又破又烂。晋北9月下旬夜间气温已很低，战士们又冷又饿，但伏于湿地、山岩上待命，士气高昂。
25日晨5时半左右，日军第一辆汽车进入伏击圈，聂荣臻传令：沉住气，无命令不许开火。等敌后板垣师团第21旅团千余人及汽车、大车300余辆进入伏击圈后，115师某团5连连长曾贤生率全连首先向敌冲杀，用手榴弹炸毁敌人最后一辆汽车。敌人退路被截断。
我军居高临下，突然向敌军发起猛烈攻击，一下子把敌人打得晕头转向，指挥系统全乱了。一时间，十几里长的山沟，人喊马叫，乱成一团。我军战士一个个如猛虎下山，与日军展开了白刃战。军号声、喊杀声响彻山谷。
平型关大捷
日军由于受过严格的训练，虽指挥混乱，仍负隅顽抗。敌人首先拼命争夺公路两侧制高点——老爷庙。失败后，又企图冲破独8旅阵地逃命。独8旅把一线配备改为纵深配备，奋力阻击。
激烈的战斗持续到27日白天，敌人终未能冲破包围，板垣师团21旅遭歼灭性打击。因为敌人死不缴械，千余日军全部被击毙。战斗极为残酷，我军伤亡也很严重。据阮受贤回忆，115师约有900人伤亡。还有说法是：我团营干部五人负伤，以下近千人伤亡。第5连百名壮士，凯旋时只剩30多人，连长曾贤生壮烈牺牲。
战后统计，此役我军共歼敌1000余，毁敌汽车100辆，大车200辆，缴获步枪1000多支，轻重机枪20多挺，战马53匹，另有其他大量战利品。
这是中国抗战开始后取得的第一次大胜利，平型关大捷打破了日军不可战胜的神话，振奋了全国人心，鼓舞了全国人民的抗战热情。当胜利捷报传到全国各地时，各界纷纷给我党、我军发来贺电、贺信。
蒋介石在贺电中讲：“朱总司令、彭副总司令勋鉴：25日电悉，25日一战，歼敌如麻，足征官兵用命，深堪嘉慰。尚希益励所部，继续努力，是所至盼。”上海市职业界救亡协会也发来贺电：“贵军受命抗敌，立奏奇功，挽西线垂危之局，破日寇方长之焰。捷报传来，万众欢腾，谨电驰贺。”
八路军在平型关奇袭日军后不久，爆发了一场中国军队在晋北抗击日本侵略军的大规模的战役——忻口会战。
参加这次战役的部队有阎锡山的晋绥军、国民党的中央军和中国共产党领导的八路军（又称第18集团军）。这次战役是由第二战区（司令长官阎锡山，朱德、卫立煌、黄绍竑副之）指挥实施的太原会战的中心战役。这是国共两党团结合作、在军事上相互配合的一次成功范例。
10月初，日本军部正式向华北方面军发布攻取太原的命令。10月1日，华北日军主力坂垣第5师团及关东军察哈尔派遣兵团第1、第2、第15混成旅团与特种部队等共3万余人，沿代县至原平公路发起进攻，忻口战役序幕拉开。
10月13日开始，会战正式打响。13日拂晓，日军以飞机、重炮、战车掩护步兵5000人连续猛攻忻口西北侧南怀化阵地，守军阵地被突破。守军以炮兵协同步兵作战，肉搏冲锋，顽强抗击。经过一整天的激战，收复了阵地。第二天，增兵后的日军发起更猛烈的攻击，一开战即成胶着状态。15日，中路守军正面出击，发起攻势，阻止敌主力从南怀化突袭忻口的企图。第9军军长郝梦龄、第54师师长刘家麒、独立第5旅旅长郑廷珍到前沿阵地奋勇督战，相继中弹，壮烈牺牲。师长李仙洲，旅长于镇河、董其武火线负伤。陈长捷接郝梦龄任中路前敌总指挥。
就这样，在南怀化、红沟谷地敌我持续拉锯战，阵地失而复得。日军主攻方向是中路的南怀化，到10月22日，进入南怀化之敌已三易联队。为打破僵局，日本华北方面军司令官寺内寿一急调萱岛支队等增援忻口，并亲临督战，于24日再次发起猛攻。气急败坏的日军采用毒瓦斯、烧夷弹助攻，使我军阵地一片火海。日军还以坑道攻击法逐步进逼。我军则向敌壕一侧掘进坑道或窄壕，实行对壕互轰，展开地下战。我守军官兵冒着烈火和毒气拼死战斗，双方损失惨重，每日伤亡均以千计。
双方如此对阵厮杀达半月之久。在忻口正面顽强抗击的同时，八路军在敌后开战游击战争，进行战役配合。八路军主力第115、120师深入敌军两翼及侧后，向灵丘、广灵、代县、崞县、雁门关敌后进军，袭击敌人的后方，破坏敌人交通运输，切断敌人的补给和增援。
另一方面，八路军还以部分兵力直接袭扰敌人第一线，协同友军作战。如10月19日夜，刘伯承第129师第769团以一个营的兵力夜袭代县西南的阳明堡机场，毁伤敌机20架，歼敌百余人。这次袭击有力地削弱了敌空中攻击力量，援助了忻口友军正面作战。卫立煌在忻口会战后不久因此盛赞“八路军确实是抗日的，是复兴民族的最精锐的部队”。
然而到了10月底，忻口战场局势恶化。赶来晋北的第14集团军由于连续冲杀，战斗力渐渐不支。另外，晋东告急，太原告警，第二战区做出新的部署。战区司令傅作义回太原组织城防，把杨爱源派去晋南组织防御。卫立煌下令部队停止反击，并请求增兵。11月2日夜，在忻口作战的中国军队奉命撤离阵地，向太原撤退。11月8日夜，日军从太原城北突入，经过激烈巷战，傅作义率守军2000余人向西山突围，太原失守。
忻口战役创下歼敌逾万的纪录，虽然最后中国方面失利，付出了重大牺牲，它的意义仍不容低估。中国守军英勇抵抗，消耗了大量敌军。此役还破坏了日军的河北平原会战计划，为平汉线中国军队南撤赢得了宝贵的时间。
八路军政治部主任任弼时高度评价了忻口战役的功绩：“敌曾以全力猛攻忻口，遭受了忻口抗战部队的猛烈的袭击。忻口战争是华北抗战中最激烈的战争，郝、刘两将军在前线同时作了壮烈的牺牲，卫立煌将军指挥下的全线部队，虽遭受了重大伤亡，毫未动摇；许多忠勇将士的英勇奋斗，是值得每个同胞永远纪念的。”
虽然在一些战场上，中国军队的抵抗十分勇敢，但日军在华北战场整体还是有长驱直入之势。他们分别于10月13日占领石家庄及平汉铁路北段，14日占领归绥（呼和浩特），16日攻陷包头，11月13日占领济阳，进到黄河北岸。华北大部分重要城市被日军占领。
太原失陷后，国民党军队向西南撤退。华北战场上的正规战争便基本结束，而由敌后游击战争支撑着华北的抗战局面。八路军进入单独作战的新阶段。根据党中央的指示，八路军大力开展独立自主的游击战争，创建了一批抗日根据地，如晋察冀根据地、晋东南根据地、鲁中根据地等等。随着抗战的发展，广大爱国青年踊跃参加抗日革命军队，抗日根据地不断巩固和扩大。
与此同时，新四军也在成立后迅速出发东进抗日。1938年6月，新四军进至南京、镇江、芜湖一带，从敌伪手中解放了这一带的广大农村地区。在江北，新四军解放了淮南铁路和津浦铁路南段两侧地区，有力打击了敌人。
中国抗日战争渐渐形成两个战场。一个是正面战场，以国民政府军队抗战为主；一个是敌后战场，以中国共产党领导的八路军、新四军和游击队等人民武装力量的抗战为主。
1937年11月7日，当时日军还未攻陷上海，日本统帅部将上海派遣军与第10军编组成“华中方面军”，由松井石根任司令官。“华中方面军”的规定作战区域是联结苏州—嘉兴一线以东。南京并不在内。但是淞沪战役结束时，松井从中国军队的溃败情形判断，攻陷南京指日可待。
于是松井石根向刚成立的日本大本营提议，立即攻打南京，获得了大本营批准。24日，日本参谋本部正式撤销有关华中方面军原作战地区的规定。
12月1日，日本大本营下达了《大陆命令第八号》命令：“华中方面军司令官须与海军协同，攻克敌国首都南京。”松井据此立即着手部署兵力，日军分兵三路进逼南京，向南京发动钳形攻势。并且一开始就企图切断中国军队退路，使守卫南京的中国军队处于三面被围、背水一战的困境。但进攻南京的日军数量并不多，日军部队在淞沪会战中遭到不同程度的损伤，在会战后大部回国休整，只有三个师团争先恐后地杀向南京。照此推算，从正面进攻南京的日军约有5万人，从南京外围迂回的约有2万多人，共约7万多人。
中国方面。1937年11月16日，上海沦陷后不久，国民政府召集国防最高会议，决定迁都重庆，为长期抗战作准备。20日，国民政府宣布迁都。淞沪战场中国军队失利后，部队损失严重、将士疲惫不堪。但蒋介石却坚持要他们固守南京。
蒋介石为什么明明知道南京守不住，还不主动放弃呢？一种说法是，蒋介石寄望于在南京坚守几个月就能等到苏联出兵。当时在国际列强中，苏联是唯一表示愿积极支持中国的国家。1937年11月，苏联重要领导人伏罗希洛夫元帅告诉在莫斯科的中国军事代表团：在中国抗战的生死关头，苏联当出兵，决不坐视。所以，蒋介石将苏联出兵看成挽救危局的唯一希望。
唐生智被任命为南京卫戍司令长官、城防总司令官，担负保卫南京的重任。参加南京保卫战的中国军队共计10万余人。11月29日，蒋介石和众人出城察看地形，蒋认为：至少可以守两个月。12月4日，蒋介石飞抵南京，召集南京卫戍军师以上将领，发表讲话，叮嘱他们抱定不成功便成仁的决心，努力固守南京。唐生智在会上表示“誓与南京共存亡”，但会后却对蒋说：“没有你的命令，我决不会下令撤退。”
参加南京保卫战的中国军队几乎都是从淞沪战场上败退下来的，不仅减员严重，而且士气也是大问题。有的部队还来不及补充就投入战斗，而补充上的大批新兵又尚未经过训练，几乎没什么战斗力。面对凶猛来犯的日军，中国守军屡战失利。而且南京又无现代化防御设备，在日寇三面包围下难以固守，其势已显而易见。
12月5日，日军已进抵中国卫戍军外围防线附近，南京城郊的守军不断受到攻击。中国卫戍军奋力苦战，却屡战不利，损失惨重，被迫节节后退。
1937年12月8日，日军攻陷淳化镇和镇江炮台后，向南京城进犯。日军指挥官松井石根下达总攻击令，两三百架战斗机飞临中华门上空，90多门火炮日夜轰炸。
9日，松井石根派飞机到南京上空遍撒《劝降书》即最后通牒，企图诱迫中国守军投降。此举遭唐生智拒绝后，10日下午2时，日军地面部队在飞机、大炮掩护下，以坦克为先导，开始对南京城郭阵地发动攻击。这一天，日军向雨花台、通济门、光华门、紫金山第三峰几处同时发起进攻，来势十分猛烈。守军拼死抵抗，歼灭冲入光华门的一小部敌人。
同日，日军攻占芜湖，将中国军队后路切断。11日，日军继续猛攻雨花台、紫金山，一小部日军闯入中华门城门，被守军歼灭。12日，日寇猛攻雨花台，并占领中国军队主阵地。日寇与守军反复争夺中华门城墙，并登城得逞。
11日蒋开始通过顾祝同下令撤退，唐生智怕担负责任，并没有立刻撤退。蒋只好亲自下令。12日晚，唐生智按照蒋介石关于如果形势不能持久时“可相机撤退”的电令，召集各部队长官开会，下令一部渡江、大部向城郊各处突围。然后，唐生智率长官部少数人员渡江撤走。
命令虽然下了，但撤退安排不周，秩序极为混乱。没有高级将领组织指挥撤退，12日5时开完撤退会后各部队即自行突围。事实上只有第66军、第军等部遵命突围，其余部队一下子拥至下关，争着渡江，损失严重。甚至有的高级将领会后径自过江，根本没有通知部队的士兵。十数万大军土崩瓦解，一片混乱。
结果，渡江撤退的部队仅第36师一部及教导总队等少数部队得以如愿。而其余大部守军撤退不及，被困在城内，城破时惨遭屠戮。此时，有一支日本部队占领了浦口。日军开进下关，切断了中国军队的退路，并出动舰艇横扫江面上利用船只、木排渡江的中国军人。在下关，被日军枪炮打死或被敌舰艇撞翻坠入江中溺死的中国军人达三四千名之多。
12月13日，南京沦陷。国民政府的南京保卫战宣告失败。战事虽已结束，但日军带给南京的浩劫却刚刚开始。从日本侵占南京后直到翌年2月上旬，在长达6周的时间内，日军犯下了震惊世界、骇人听闻的大屠杀罪行。总计30多万中国人被杀害。
日军占领南京之后，气焰更加嚣张。1937年12月22日，日本政府通过德国驻日大使狄克逊向国民政府转交一份文件，以苛刻的条件要求中国政府投降，限中国于1937年底以前答复。到期未见答复，日本又于1938年1月16日发表声明，声称如果国民政府“依然策动抗战”，那么日本将在中国扶植新的政权，“不以国民政府为对手”。这个声明里，日本还宣布坚持以武力灭亡中国的方针。
攻陷南京的日军，分兵三路由南京、芜湖、镇江渡江北上，与从华北南下的日军夹击徐州，企图打通津浦铁路。
中国方面，国民政府拒绝了日本所谓的“议和”，毅然继续抗战。为保卫华中地区，国民党在1938年1月将战区进行了重新划分：以平汉线及陇海线中段为第1战区；以山西为第2战区；以浙赣沿线为第3战区；以两广为第4战区；以津浦线方面为第5战区；以甘肃、宁夏、青海为第8战区。
战区调整后，国民党军队在武汉和以徐州为中心的苏鲁豫皖边区的力量得到了加强。这样布防的战略意图是：为巩固武汉，在沿长江方向建立防线的同时，以第1和第5战区的兵力，东保津浦铁路，北保道清铁路。尤其要在津浦路方面牵制和吸引日军主力，以防止日军溯长江西上夺取武汉。
李宗仁指挥台儿庄战役时的留影
在日军进攻面前，国民党第5战区副司令兼第3集团军总司令韩复榘为保存实力，拒不服从蒋介石“务必死守黄河，绝不可放弃济南”的命令，不战而逃。几日之内，将大半个山东和济南、济宁等战略要地丢失殆尽。韩复榘因此获得“长腿将军”的称号。日军占领山东后，津浦路正面大门洞开。蒋介石闻讯大怒，于是以违反战时军法、擅自撤退等罪名，判处韩复榘死刑，改任原韩部所辖第12军军长孙桐萱为第3集团军总司令。
南线日军自1938年1月中旬开始，由滁县、扬州一线北犯。至2月上旬，已攻占了淮河南岸的蚌埠、临淮关、盱眙等地。以徐州为中心的国民党第5战区的防御地域，被挤压得愈来愈小，纵深仅200千米。至此徐州会战已箭在弦上，不得不发。国民党军事当局为中原战场的安全考虑，把徐州作为必守之地，此时在徐州驻守的是桂系将领李宗仁。
李宗仁，字德邻，广西桂林人，生于1891年8月13日。他1910年加入孙中山的同盟会，辛亥革命后，转入广西陆军速成学校学习。毕业后任连长，先后参加过护国运动、护法战争，1926年任国民革命军第7军军长。北伐战争中，率部进入湖南，曾大败吴佩孚军，直驱武汉城下。后来任中路江左军总指挥。
北伐之后，李宗仁与蒋介石的矛盾加剧。1929年3月蒋桂战争爆发，李宗仁失利，退守广西。九一八事变后，李宗仁出于爱国之心，积极主张抗日救亡，并提出“焦土抗战”口号。1936年6月1日，李宗仁与陈济棠联合发动“广西事变”，要求国民党中央北上抗日，并将其部改称为“抗日救国军”。
1936年7月李宗仁的桂系军队被蒋介石改编为第5路军，李宗仁为总指挥。1937年抗战爆发后，10月李宗仁被任命为第5战区司令长官，驻守徐州。
李宗仁刚抵徐州之时，正值中国军队在上海战败。许多人觉得，中国军队在京沪线上陈兵百万，淞沪尚且难保。这次敌人挟新胜余威，南北两路夹击徐州，李宗仁手中仅有十余万杂牌军，真乃“螳臂挡车”。徐州城内人心惶惶，市面萧条。为稳定人心，李宗仁每日清晨或午后，都要骑马到城内主要街道巡视一番。“心情虽极沉重，而态度故作悠闲”。
1938年1月26日，日军第13师团向安徽凤阳、蚌埠进攻。日军以为拿下蚌埠当易如反掌，不料被李宗仁部署的第11集团军和第51军利用淮河、淝河、浍河等地形堵截，双方血战月余，难分胜负。李宗仁遂命部队利用敌进我退、敌退我进的战术，牢牢地守住津浦线。淮河两岸日军首尾难顾，与中国军队胶着于津浦沿线。徐州以南地区之战，歼灭日军达三四千人，中国军队取得了不俗的战绩。
淮河血战，虽未能把北犯日军一网打尽，却将日军迟滞于淮河一线，粉碎了其预定的“南北夹击”的战略，迫使日军改取“南守北攻”战略，从北面取道山东，进攻滕县、峄县。这就造成日军孤军深入的局面，为中国军队在台儿庄歼灭日军创造了战机。
在指挥徐州以南守军阻截北进之敌的同时，李宗仁又积极阻击华北日军南下。蒋介石枪毙韩复榘之后，中国军队上自战区司令下至普通士兵无不受到震动，士气大振。为确保徐州地区的安全，李宗仁命接替韩复榘的孙桐萱率部向运河以东推进，袭击济宁、汶上的日军据点，以牵制敌人主力。
2月19日，日军攻陷安居镇，25日突破杏花村阵地，守军被迫撤至相里集、羊山集、巨野一线。但李宗仁在这一线布置大量兵力，不断侧击北段南下之敌，使敌军不能长驱南进，暂时稳定了战局。
日军津浦线主力南攻不成，遂改变策略，由少壮派军人板垣征四郎、矶谷廉介率两个师团企图会师台儿庄。板垣、矶谷两师团，是日军精锐之师，此次进攻，来势十分凶猛。日军以七八万兵力，在华北方面第2军司令官西尾寿造指挥下，分两路入侵台儿庄。日军一旦在台儿庄得手，便可策应津浦路南端日军攻势，一举拿下徐州。中国军队为堵截日军前进，在临沂、滕县同日军发生了激烈的战斗，揭开了台儿庄会战的序幕。
2月下旬，日军东路第5师团从山东潍县南下，连陷沂水、莒县、日照，直扑临沂。中国军队节节抵抗。李宗仁先派遣庞炳勋部在临沂建立防御阵地，挡住日军正面攻击，然后迅速调派张自忠的第59军，兼程驰援临沂。
日军未料到张自忠部队的驰援速度如此之快。张自忠率领59军日夜兼程，以西北军吃苦耐劳与豪气干云的特质，在一日一夜之内，提前赶到临沂。59军在敌方毫无准备的情况下，从天而降般地猛攻日军第5师团背侧，庞炳勋部将士同时奋起反击。
在3月14日到18日的临沂决战中，日军第5师团损失极其惨重，以致无法继续作战，只得先退回莒县以困守待援。临沂之战得胜，斩断了津浦路北段日军的左臂。
当板垣败绩累累时，日军西路第10师团长矶谷仍然固执地向南推进。李宗仁调来川军邓锡侯、孙震等部赶往滕县，拒敌南下。日军以数十架飞机30余门大炮狂轰滥炸。中国守军第22集团军英勇抗击，伤亡甚重。但敌军损失也极大，死伤达2000多人。22集团军以劣势之装备与兵力，阻击绝对优势之敌达3天半，为会战争取了有利时间。
3月20日，已经攻克滕县的日军矶谷师团集中4万人，在飞机的掩护下，配以坦克、大炮，向台儿庄发动了猛烈的进攻，企图一举攻占徐州。李宗仁命孙连仲率第2集团军固守台儿庄，汤恩伯率第20集团军让开津浦铁路正面，转入兰陵及其西北云谷山区，诱敌深入，待机破敌。
3月23日，日军由枣庄南下，中日两军在台儿庄北侧的康庄、泥沟地区接战。24日起，日军向台儿庄反复冲锋。第2集团军顽强抗击，与日军展开激烈的争夺战。日军猛攻3天3夜，才攻入城内。城内中国守军同日寇发生激烈的巷战。虽然日军占据了全庄的2/3，但是坚守在南关一带的中国守军仍然死守阵地，以争取时间让外线部队完成对日军的反包围。这是李宗仁早已制定好的作战计划：以部分兵力死守台儿庄，尽量拖住敌人，以便外围大军将日寇团团围住，瓮中捉鳖。
28日，日军攻到台儿庄西北角，想要夺取西门，切断中国守军第31师师部与庄内的联系。该师师长池峰城组织数十名敢死队员，与敌肉搏格斗。汤恩伯军团则在外线向枣庄、峄县日军侧背攻击。29日，日军濑谷支队占领了台儿庄东半部。31日，中国守军将进入台儿庄地区的濑谷支队完全包围。
日本坂本支队从临沂转向台儿庄驰援，但遭重创，救援计划落空。矶谷师团见救援无望，决定以死相拼，一个个杀红了眼。国民党军队虽有5倍兵力的优势，竟难以将敌人消灭，战争一时呈胶着状态。
4月3日，李宗仁下达总攻击令。围攻的各军在台儿庄附近向敌展开猛烈攻势。4日，中国空军以27架飞机对台儿庄东北、西北日军阵地进行轰炸。当晚，日军濑谷支队无力再战，炸掉不易搬动的物资，向峰县溃逃。
6日，李宗仁赶赴台儿庄附近，亲自指挥中国军队向矶谷师团发起反击。一直坚守阵地的孙连仲部，听说全线反击，顿时军心大振。一时间，台儿庄城内枪林弹雨，血流成河。双方展开了巷战、肉搏战。日军头一次遭到国民党军队如此顽强的进攻，很快便溃不成军。
陷入反包围圈的矶谷开始动摇，最后下令部队全线撤退。李宗仁命令部队猛追，敌兵遗尸遍野，各种辎重到处皆是，矶谷本人率残部突围。经过4天的激战，中国军队重创日军濑谷支队、坂本支队，其余日军残部于7日向峄城、枣庄撤退。至此台儿庄战役以中国军队的胜利告终。
台儿庄大捷是国民党战场在抗战初期取得的一次大胜利。在李宗仁的亲自指挥下，击溃日军第5、第10两个精锐师团的主力，歼灭日军2万余人，缴获大批武器、弹药。此次大捷是中华民族全面抗战以来，继平型关大捷等战役后，中国人民取得的又一次巨大胜利。鼓舞了全民族的士气，扑灭了日本侵略者的威风。消灭了日寇大量有生力量。
台儿庄大捷之后，蒋介石的头脑开始发热。他不顾敌强我弱的总体态势，为了扩大战果，准备在徐州与日军决战。为此调集9个军1个师约20万人至徐州附近，试图再次围歼日军。对此决策，李宗仁有不同看法，他认为在此四面受敌的平面地带与机械化装备很高的日军进行决战，很难取胜，也违背了打持久消耗战的既定方针。但他的意见被否决了，只好部署徐州会战。
台儿庄一役受挫之后，日军发现中国军队正往徐州一带集结，随即改变战法，以少数兵力于正面钳制守军，主力向西迂回，从侧后包围徐州。日军从平、津、晋、绥、苏、皖等地陆续增调了13个师团共30万人，分六路对徐州形成大包围，企图一举消灭中国第5战区主力，实现其南北会合的战略意图。另外派作战部长桥本群为首的“大本营派遣班”赴济南协调作战。
4月18日，日军第10、第5师分别从山东峄城（今属枣庄）和临沂西北的义堂地区南进。守军顽强抗击，将日军阻止在韩庄、邳县（今邳州市）和郯城一线一直到月底。5月5日，日军开始从南北两个方面向徐州西侧迂回包围。在南面，第9、第13师从蚌埠地区分别沿北淝河、涡河西岸北进；在北面，第16师由山东济宁渡运河，第14师从河南濮阳南渡黄河，同时，第10师将韩庄、台儿庄地区的作战交由第114师接替后，在夏镇附近渡过微山湖，向沛县进攻。
至此，日军已形成对徐州的四面合围之势。5月15日，中国最高军事会议决定放弃徐州。16日，第5战区命令各部队分别向豫、皖边界山区突围。19日徐州陷落。日军沿陇海铁路西进，6月6日占领开封。郑州危急，武汉震动。6月9日，为阻止日军西进，蒋介石采取“以水代兵”的办法，下令炸开位于中国河南省郑州市区北郊17千米处的黄河南岸的渡口——花园口，造成人为的黄河决堤改道，形成大片的黄泛区，史称花园口决堤。河水经中牟、尉氏沿贾鲁河南泛。日军被迫向黄泛区以东地区撤退。徐州会战结束。
徐州会战是抗战史上继淞沪、忻口之后第3次大会战，双方均投入了数十万兵力，历时四个多月。中国方面虽然有战略指导上的错误，但为掩护全国战略转移做出了贡献。
日军占领徐州后，更加不可一世，决定攻占当时中国抗战的政治、军事和文化重心——武汉三镇。1938年8月初，日军在长江南北两岸，在日本第11军司令官冈村宁次、第2军司令官东久迩宫稔彦王的指挥下分多路向武汉进攻。日军投入武汉战场的兵力为24个师团，约占总兵力的70。而防守武汉三镇的中国军队则号称有60万，在数量上大大超过日军。
武汉会战时，蒋介石在吸取了淞沪、徐州会战的教训，听取了中国共产党方面以及国民党内部许多将领的意见后，终于改变了以往死守一城一地的战略。蒋介石国民政府认识到“抗战军事胜负之关键，不在武汉一地得失，而在保持我继续抗战持久之力量”。为此抛弃过去的教条，跳出城市防御的桎梏，将防御作战推进到武汉外围的广阔战场。也就是“守武汉而不战于武汉”。
中国军队未在武汉城内弹丸之地作困兽之斗，而在武汉外围的广阔天地进行灵活、坚强的作战，予日军以重创，作战逾4个多月，竟无一个整师被歼灭。中国军民在历时4个多月的血战中，以40万人的伤亡，造成日军近10万人的死伤，不但粉碎了日军迅速解决“中国事变”的企图，也激励了全国抗战的决心。
武汉会战期间，中国空军和海军也积极参与了作战。在苏联航空志愿大队的配合下，中国空军鏖战长空，与日军航空兵空中大战7次，击毁日机78架，炸沉日舰23艘，有力地支援了地面部队的作战。中国海军也英勇作战，击沉、击伤日军舰艇及运输船只共50余艘，击落日机10余架，但自身也损失惨重，基本上全军覆没。
双方在武汉对阵时，日本乘机偷袭了广州。本来青岛、上海等地陷落后，广州就成了中国最重要的港口。但它的防卫与重要性却不成正比。粤军的半数都被抽调去参加武汉会战。日军大本营迅速抽调三个师组成21军，由古庄干郎大将统领，在海军第5舰队司令盐泽幸一的支援下，奇袭广州。
广东省省长听到敌人偷袭的风声后，向蒋介石汇报。蒋介石居然以为这是日本人故意制造出来的“假”情报，试图让国军从武汉战场抽出兵力支援广东。10月11晚，日军7万多人在广州大亚湾登陆成功，一路接连侵占了淡水、惠州、博罗和增城，21日就攻到广州近郊。无奈之下，余汉谋被迫下令广州守军撤退，21日下午广州沦陷。
广州一失，粤汉铁路被切断，防守武汉的意义就不大了。于是蒋介石吸取南京保卫战的教训，决定主动放弃武汉。10月25日，日军占领汉口，次日占领武昌，27日占领汉阳，武汉保卫战至此结束。
虽然最后日本还是占领了武汉三镇，但武汉会战这场抗战史上中日双方规模最大的会战的意义还是不同凡响。
徐州会战后，毛泽东发表了《论持久战》一文，在批驳速胜论和亡国论两种错误观点的基础上，全面分析了抗日战争的性质和中日双方的基本特点，揭示了抗日战争的基本规律和光明前景。毛泽东说，中日双方存在四个相互矛盾的基本特点：敌强我弱，敌退步我进步，敌小我大，敌寡助我多助。这些特点决定抗日战争是持久战，最后胜利属于中国。从这些基本特点出发，毛泽东预见抗日战争的进程将分为三个阶段：战略防御阶段、战略相持阶段和战略反攻阶段。
随着广州、武汉的陷落，在经历了1937年7月到1938年7月一年的溃败后，中国军队用牺牲和胜利换来了战略相持阶段。中国抗日战争走向相持阶段，是中国人民和广大爱国将士在第一个阶段战略防御中取得重大胜利的结果，对日寇来说是一次严重的失败。
当年日寇挑起七七事变时，日本陆相杉山元曾在日皇裕仁面前夸下海口，预言“中国事变有一个月左右就可了结”。结果在日军遭到中国人民反击而陷入长期战争的泥潭，这个杉山元不得不在1938年1月发表了一个所谓“长期作战声明”。他向日军全体官兵发出训令：“切望有长期持久作战的决心和准备。”这意味着日本已经承认了速战速决计划的彻底破产。
在攻占广州、武汉后不久，日本首相近卫文麿于1938年11月3日发表“第二次近卫声明”，号召建立“大东亚新秩序”，欲树立“中日满三国相互提携，建立政治、经济、文化等方面互助连环的关系”，以大日本帝国、东亚及东南亚“共存共荣的新秩序”为目标。这是法西斯国家中第一个炮制出“新秩序”这个新词，作为霸权主义的代名词。近卫声明说：“帝国所期求者即建立确保东亚永久和平的新秩序，这次征战之最后目的，亦在于此。”
这个声明改变了日本过去“不以国民政府为对手”的说法，劝诱国民党政府投降，与日本协作建立东亚“新秩序”。同年12月22日，日本又发表“近卫对华三原则”，要求中国：停止抗日；承认伪满、订立日华“防共协定”，允许日军驻扎在特定地点；给日本人在全中国和中国人同样的居住营业权，尤其在华北和东北地区的开发和利用上给日本人以极大的方便。日本声称，如果中国同意这三项投降条件，就可以“讲和”。为了推行诱和亡华的政策，日本政府还设立“兴亚院”作为统辖对华政务的机关，加紧活动。
日本的野心不止在中国，1940年8月，近卫文麿首相首次明确指出“大东亚共荣圈”的名称，并指明中国、朝鲜、日本、伪满洲国、法属中南半岛、荷属印尼、新几内亚等大洋洲，及澳大利亚、新西兰、印度及西伯利亚东部等地为大东亚之范围。“大东亚共荣圈”中，日本本国与伪满洲国、中国为一个经济共同体。东南亚作为资源供给地区。南太平洋为国防圈。而且为实现“大东亚共荣圈”，日本在内阁设立大东亚省，并于1943年11月5日由日本首相东条英机与伪满洲国“首相”张景惠、南京伪国民政府行政院长汪精卫、泰国皇室王子汪歪搭雅昆·瓦拉汪、菲律宾总统劳威尔、缅甸总理巴莫、自由印度临时政府首席代表钱德拉·鲍斯等为代表共同召开大东亚会议，并在会后发表《大东亚宣言》。
“大东亚共荣圈”以所谓“解放殖民地、相互尊重彼此独立”为号召，但实际上东亚各“独立国家”由日本军队掌控或部分掌控，即使英属马来亚与荷属东印度群岛日方也没有使其独立。“共荣圈”实为日本侵略亚洲使用的障眼法。
为满足对外侵略的需要，日本政府从法西斯“总体战”思想出发，实行全面的国家总动员，建立战时体制。日本法西斯从精神和物质两个方面着手实行总动员。
日本校舍墙壁上绘制的《大东亚战争战局要图》
在精神方面，开展大规模的法西斯军国主义宣传教育，欺骗和蒙蔽人民群众，要他们支持侵略战争。1937年10月，近卫内阁决定以“举国一致、尽忠报国、坚忍持久”为目标，掀起一个所谓“国民精神总动员运动”。在疯狂鼓吹侵略战争“神圣”、反战反法西斯有罪的运动中，日本政府一面封闭进步报刊，逮捕有反战反法西斯思想的进步人士；一面在各级学校中大力灌输战争和军国主义思想。
在物质方面，日本政府对人力、物力实行总动员，实行战时“统制经济”。国家对国民经济各部门实行直接和间接的管理和控制，按经济军事化的原则实行经济的综合性规划和组织。日本政府还继续增发公债，长时期地执行军需通货膨胀政策，从财政上加强战时统制经济的体制。
在国际上，日本与德国、意大利进一步勾结。1937年11月6日，三国签订《日本、意大利和德国议定书》。通过这个议定书，意大利正式参加了1936年11月签订的《日德关于反共产国际协定》，法西斯轴心国侵略集团宣告成立。
1938年初，德国向日本提议建立德意日三国军事同盟。日本早已不满足于已有的《日德关于反共产国际协定》，于是双方一拍即合。5月初，近卫内阁由陆军、海军、外务三省（部），拟定了日德意三国加强合作对付苏联的基本方案。不过后来日本统治集团内部对三国军事同盟的对象问题发生了意见分歧。
7月，经五相会议讨论决定，军事同盟扩大，日本分别同德国签订《反苏军事同盟》，同意大利签订攻击英国的协定。陆军对此表示反对，不同意军事同盟是《日德关于反共产国际协定》的延续，不同意分别签，而主张建立一个包括针对英法在内的三国军事同盟。外务省又反对陆军的主张，以免恶化同美英法的关系，对日本的将来不利。海军也不同意陆军的方案；海军省次官山本五十六认为，这样的军事协定会激起日本同美英的战争，而日本海军兵力届时将打不赢美国。
8月23日，苏德两国签订《苏德互不侵犯条约》。由于德国事先根本没向日本打任何招呼，消息传来，日本政府大为震惊，于是便向德国提出抗议，责备它背信弃义。苏德条约加深了日本政府内部的意见分歧，平沼内阁被迫下台。三国军事同盟的谈判便搁置起来。日本开始考虑在北方与苏联保持和平，而通过向南方扩大侵略来摆脱因全面侵华造成的困境。