徐州会战后，中国第一战区程潜部主力退至河南信阳以西，第五战区李宗仁部退守鄂豫皖边境大别山一带；又新编第九战区，以陈诚为司令长官，统辖鄱阳湖以西，江西、湖南全省及鄂南地区；第三战区顾祝同部驻守九江以下长江南岸一带。为保卫武汉，中国政府决定以第五、第九两个战区所属部队14个集团军、1个江防军、1个武汉卫戍司令部、57个军、129个师，另配合骑炮工兵及飞机与长江舰队参加作战，总兵力约100万余人，利用鄱阳湖、大别山脉、幕阜山脉和长江两岸山川湖沼等天然屏障，组成4个兵团作战：第一兵团总司令薛岳，沿庐山山脉和鄱阳湖西岸布防，威胁沿长江西进敌人之侧背；第二兵团总司令张发奎，沿九宫山脉布防，阻敌沿瑞昌至武昌公路前进；第三兵团总司令孙连仲，阻击沿大别山北麓前进之敌；第四兵团总司令李品仙，阻击沿大别山南麓前进之敌。
12日，日军波田支队在安庆登陆，旋即占领安庆，武汉会战正式开始。主要作战地域在长江南北两岸进行。在长江南岸，日军分两路进攻：一路自九江出发，沿瑞昌至武昌公路夺取阳新，然后分兵北趋大冶、鄂城，拊武汉东南，并截断皇汉线，然后北攻武昌；一路自九江沿南浔路南下，夺取德安而窥南昌，切断浙赣铁路，对武汉作迂回包围。日军继攻占安庆后，又于6月26日和7月4口攻占马当和湖口。为阻止日军前进，中国军队在九江南浔路一线及庐山两侧，利用有利地形，节节抵抗。7月26日，日军攻占九江，从而取得攻击武汉的桥头堡。随后，日军分成两路攻击前进。左路日军沿南浔线向德安推进，中国军队于10月10日在万家岭一带组织反击，歼日军4个联队；右路日军于9月份向瑞昌攻击，攻占瑞昌、马头镇、富池口等地，中国军队张发奎部沿线阻击，但未能阻止日军进攻势头，10月5日日军占箬溪，续陷辛潭铺，迫近粤汉铁路重镇咸宁，迂回至武昌以南地区。在长江北岸，日军分三路进攻：一路沿合肥至信阳公路自六安、潢川西趋信阳，切断平汉路，进迫武汉北面；一路自六安、商城向西南穿过大别山扑麻城，进逼武汉东北面；一路从宿松、黄梅出动，经广济、武穴，扑浠水，然后西进，进迫武汉东面。北路日军沿合肥至信阳公路向信阳推进，中国军队沿线展开顽强抗击，使日军进展缓慢，直至10月12日才占领信阳，切断平汉路，从北面拊击武汉，达成对武汉的合围。中路日军于8月29日攻陷六安、霍邱，连夜渡史河西进，直趋固始、商城，中国守军依凭富金山险峻地形，与敌血战，给敌以重创。9月16日，商城失陷；10月25日和27日，麻城、黄安失陷；30日，孝感失陷。南路日军于9月6日攻陷广济，续占武穴，29日攻占田家镇要塞，10月19日再占浠水，25日攻占武汉外围据点黄陂。
至10月下旬，日军从东、北、南三面包围了武汉。为策应武汉作战，10月12日，日军在大亚湾登陆，并于21日攻陷广州。由于平汉路正面门户洞开，长江天险亦被日军突破，武汉三镇已完全陷于日军包围之中，周围各要隘亦纷纷沦陷。在这种情况下，中国最高统帅部为免遭中国军队被围歼，于10月24日下令放弃武汉，并撤退武汉外围部队。25日，汉口弃守；26日，武昌失陷；27日，汉阳失陷。至此，武汉三镇已沦于敌手，武汉会战结束。
武汉会战是中日全面开战以来，双方出动兵力最多、规模最大的一次战役。武汉会战历时4个半月，大小战斗数百次，日军死伤达10万以上，中国军队遗尸14余万具，被俘官兵9000余人。武汉会战后，抗日战争进入更为艰苦的相持阶段。
本统制华北、华中经济
军侵占华北、华中广大地域后，迫切需要在中国建立新的军需工业，以实现军需物资的完全自给。于是，日本提出了"以战养战"政策，对沦陷区工矿业的掠夺，由赤裸裸的军事霸占改为所谓"中日合作"。1938年3月24日，日本内阁通过华北开发会社和华中发展会社组织草案，从而为日军统制华北、华中经济奠定了基础。
6月27日，华北开发会社在日本首相官邸召开成立大会。该公司法定资本金3.5亿日元，由日本政府和各大财阀对半出资。日本政府出资多系掠自华北的资财，如铁道、桥梁、建筑物、机车等。以后，日本政府又陆续合并一些战前日本在华北地区的企业。1939年又从满铁接收兴中公司的全部股票。1943年12月，日本内阁决定其法定资本金扩大为4.43亿日元。该公司还发行债券32次，发行额达10.375亿日元，承购者多为日本第一流财阀。华北开发公司以太谷尊为总裁，总部设于东京，在北京、张家口两地设有分社。为便于掠夺华北地区资源，该公司的资金、股票逐渐汇集到北京分社，因而北京分社日渐取代了总社地位。华北开发公司下设有庞大的门类繁多的子公司和孙公司。开始有铁道、港湾、通信、电气、铁矿、煤矿、盐业、石炭液化等八大子公司，到1944年子公司已多达30多个，孙公司有60多个，资金总额达21亿余元，除开发公司投资外，还吸收日本民间财团和华北伪政权投资。华北开发公司较重要的子公司有华北交通、青岛埠头、华北电信电话、华北电业、蒙疆电业、大同炭矿、井陉煤矿、龙烟铁矿、华北盐业、山西产业等。该公司采取独家经营、一元化统制的原则，统制的事业包括铁矿、矾土、煤矿、棉花、盐业、交通运输、电信电话及电力事业等。由于日本成立华北开发公司的主要目的是以战养战，因而开发与掠夺的重点是军需品，从而造成华北地区煤、铁、盐等军需物资的开采成倍增长，而其他工业普遍减产，使华北工矿业成为日本军事经济的附庸。华北开发公司所属厂矿多数是在霸占中国原有工矿业基础上成立的，日本侵略者为玩弄"中日合办"骗局，允许中国资本家投资45％，实际是骗取中国资金，实权仍操纵在日本人手中。除统制事业外，对所谓的自由事业，如纺织、面粉、造纸等，采取委任经营的方式进行掠夺。华北开发公司控制了华北占领区所有的工矿企业，成为日本帝国主义搜刮华北经济资源、统制华北经济的重要机构。根据其经济掠夺计划，到1943年止，铁矿石年产量达300万吨，全部输往日本；铣铁80万吨，一半输往日本；钢材40万吨，全部输往日本；煤3000万吨，1／3输往日本；煤炭液100万吨，全部输往日本；盐100万吨，苏打40万吨；大部输往日本。1945年日本投降后，华北开发公司被国民政府接收。
11月7日，华中发展会社于上海成立。日华贸易协会会长儿玉谦次任总裁。总部设于上海，在东京设分公司，在南京、浙江等地设办事处。资本1亿日元，实收100万元，由日本政府和各个财团对半出资组成。1942年总投资额为24431万日元。日本政府可对公司业务、金库帐册及文书等进行监督，并在该公司设监理官。华中发展会社仍采用"中日合办"的欺骗手段，允许中国资本家投资51％，实际是骗取中国资金。华中发展会社经营事业包括：一般矿产、煤、盐、水产、蚕丝、交通运输、瓦斯、电气、水电、电讯电话及上海房地产，重点为煤、铁和交通运输。该公司成立后，即接办日军管理下的兴中公司在华中地区的8家大公司；1938年设立华中矿业公司，统制铁矿及非铁金属矿产的开发；1939年后相继创设华中铁道、华中盐业、淮南煤矿公司、振兴住宅组合、中华轮船公司、华中运输公司等。1943年又与大中华火柴厂合办华中火柴公司。至此，华中发展会社已有15家子公司、1家组合。各公司下辖若干厂矿。这些公司厂矿实收资本中，有不少是掠夺中国原有厂矿设备器材扩充的实物资本。华中开发会社统制了华中矿业、水电、电气通讯、水产、蚕丝、铁道、轮船等产业。除统制产业外，还对纺织、毛纺、面粉、烟草、啤酒、造纸、火柴、硫酸、水泥等所谓自由事业，采取委任经营方式进行掠夺。华中发展会社成为日本帝国主义搜刮华中经济资源、统制华中经济的重要机构。1945年抗日战争胜利后，该机构由国民政府接收。
华北开发公司和华中发展会社为日军掠夺了大量的中国资源，对中国沦陷区经济的发展起了很大的破坏作用。
保卫中国同盟成立
抗日战争爆发后，著名民主人士宋庆龄积极为抗日救国奔走。宋庆龄充分运用自己广泛而独特的影响，广交中外著名人士，于1938年6月在香港成立爱国组织保卫中国同盟，中外著名人士保罗·罗伯逊、贾瓦哈拉尔·尼赫鲁、克来尔·尔什、托马斯·曼、冯玉祥、孙科、宋子文等被邀为发起人。宋庆龄亲任中央委员会主席，宋子文任会长，当时在香港的一些国际友人在保卫中国同盟任职，如香港医务总监司徒永觉夫人希尔达·沙尔文——克拉克女士任书记，香港大学教授诺曼·法朗士任司库，美国合众社记者爱泼斯坦任宣传。在香港的国民党左派人士何香凝、八路军驻香港办事处主任廖承志及廖梦醒、王安娜、金仲华、邹韬奋等人，都同保卫中国同盟有着密切联系。根据宋庆龄、宋子文、克拉克、法朗士、爱泼斯坦联名签署的《保卫中国同盟成立宣言》，保卫中国同盟中央委员会设于香港。宣言认为，外国朋友对中国的真实情况不甚了解，因而对中国的同情和支援也就遭到阻碍，所以，同盟的目标是：在现阶段抗日战争中，鼓励全世界所有爱好和平民主的人士进一步努力以医药、救济物资供应中国；集中精力，密切配合，以加强此种努力所获得的效果。同盟的宗旨是宣传抗战，争取外援。宣言表示：保卫中国同盟愿意同所有的外国援华机构合作，成为中国人民和资金、物资捐赠者之间的桥梁，将告知国外有关机构，中国需要什么，并且注意资金、物资是否按照需要和原捐赠机构的意见分。
保卫中国同盟成立后，积极同外国援华机构建立联系，并在这些援华机构所在的国家里改组成立保盟支部或成为保盟的盟员，保盟将充分尊重其独立性。在宋庆龄等人的努力下，美国援华会、英国的中国运动委员会、美国的中国人民之友社、法国巴黎的中国人民之友社、纽约的美国医药援华会、伦敦医疗援华委员会、旧金山援华会以及加拿大、澳大利亚的和平民主联盟等援华机构，向中国捐赠了大量的医药和其他救济物资。欧洲大战爆发后，欧美的外来援助急剧下降，在这种情况下，宋庆龄与宋子文于1940年4月15日联名发表《帮助中国就是帮助你们自己——致海外友人的一封信》，向海外朋友介绍了中国在武装抵抗、战时建设、难民就业和战时救济等方面所取得的成绩，并呼吁海外友人尽一切力量援助中国，一直到巾国获胜为止。保卫中国同盟作为一个国际性统一战线组织，吸收了大量外国友人参加工作。保盟中央委员会下设的4个工作委员会均由外国友人负责：财政委员会由法朗士负责，运送委员会由贝克登负责，宣传出版委员会由克拉克负责，促进委员会由玛丽恩·苔德莉负责。在保卫中国同盟的机关刊物《新闻通讯》编创人员中，宋庆龄邀请不少国际友人任编辑人员和撰稿人。爱泼斯坦主持《新闻通讯》编辑工作。该刊为半月刊，用中、英文发行，直接寄往世界各地，主要报道中国抗战情况和宣传保卫中国反对日本侵略的意义。爱泼斯坦发表过战地报告《冲破封锁到中国》、《中国的经济前线》等。美国友人马海德担任保盟驻根据地观察员，详尽地介绍了八路军医疗事业及其他方面情况，如《国际和平医院》、《我认识的诺尔曼·白求恩》、《战火中诞生的艺术学校》等。德国友人王安娜、英国友人霍格、美国友人埃文斯·卡尔逊、新西兰友人路易·艾黎、杰姆斯·贝特兰等，都在《新闻通讯》发表过文章，向世界介绍中国抗日战争的见闻。
抗日战争期间，保卫中国同盟向全世界募集了大量医药和其他援助物资，重点支援共产党领导的抗日根据地和游击区，1938年在晋察冀抗日根据地建立国际和平医院，英国援华会提供了2450英镑的建院费，白求恩为首任院长。以后又陆续建立了延安白求恩国际和平医院、中央医院五台山医院、晋南战地医院等，逐步发展到8个中心医院和42所分院的医疗网。保盟还介绍外国志愿医务人员到抗日根据地参加战时救护工作，如白求恩、柯棣华、巴苏华、爱德华、木克华、仇克华、罗森塔尔、米勒等。1939年春，新四军急需2万条毛毯御寒，求助于保卫中国同盟。宋庆龄立即决定发起募集2万条毛毯运动，并在《新闻通讯》上发表《伤员们需要两万条毛毯》的文章，以求助于外国援华机构。在宋庆龄等人的努力下，从1939年7月到1940年1月，保卫中国同盟共收到26大箱毛毯，以及大量的捐款，帮助新四军渡过了难关。在抗日战争期间，保卫中国同盟作为中国与国际间联系的一座桥梁，加强了中国与国际间的联系，为中国的抗战事业作出了重要贡献。
国民参政会成立
抗日战争爆发后，为集思广益，团结全国力量起见，国民党临时全国代表大会通过《组织国民参政会案》，决定成立国民参政会。4月12日，国民政府公布了《国民参政会组织条例》，规定国民参政会为国民政府的咨询机关，有权议决政府对内对外重要方针，决议案需经国防最高会议通过，有权听取政府施政报告并提出建议、询问案等，初置国民参政员150名，后又增至200名和290名，由各方遴选著有信望人士，经资格审议后由国民党中央执行委员会会议决定，大多为国民党员。6月6日，国民政府聘请中共党员毛泽东、林祖涵、吴玉章、董必武、陈绍禹、秦邦宪、邓颖超7人为国民参政会参政员。国民参政会取议长制，后改为主席团制，设议长、副议长各一人，由国民党中央执行委员会选任。6月16日，国民政府公布汪精卫、张伯苓为正、副议长。下设秘书处，由国民政府特派秘书长、副秘书长主持日常事务。休会期间，设驻会委员会，由参政员25人组成，为常任机构。