南京大屠杀。
在上海遭到约4万伤亡的日本军队，在同年12月13日侵占南京，由于守将唐生智不久便弃城逃亡，所以南京城于4天后陷落。日军以持续数月的南京大屠杀作为摧残中国民众士气的手段，由于战争前夕中国国民革命军把所有逃生的方法都堵塞了，结果间接导致约三十万无辜的中国人被日本军队残暴地杀害（远东国际军事法庭统计为26万）。下令进行南京大屠杀的日军上海派遣军（后改称华中派遣军）司令官是松井石根，杀戮最严重的第九师团、第六师团、第十八师团等第六师团师团长是谷寿夫。
同年9月，日本为夺取山西丰富的煤炭资源，派出10余万陆军展开进攻。国民政府因应组织展开了太原会战，由于当时中国共产党的总部位于不远的延安。根据9月的国共合作协议，共产党奉命派出国民革命军第十八集团军****115师协助第二战区司令长官阎锡山进行防御。
1937年底，南京陷落之后，中华民国国民政府节节抵抗。但是因为山东省主席韩复榘临阵脱逃，致使黄河防线失守，山东大部失陷，交通要点仅剩鲁南的滕县、台儿庄。于是，1938年1月14日，蒋介石将其枪毙。
1938年2月，日军华北方面军企图南下和华中派遣军会合。中国国民革命军在以徐州为中心的地区与日军激战，史称徐州会战。3月，第五战区司令李宗仁令川军王铭章所部防守滕县，因无援兵，滕县失守，王铭章师长自杀殉国。李宗仁队以西北军孙连仲第二十六路军在徐州以北的台儿庄与日军反复争夺，以西北军张自忠部五十九军和庞炳勋军团掩护台儿庄的右翼临沂战场，以中央军汤恩伯军团卷击台儿庄日军侧背，最终取得台儿庄战役的胜利，以毙伤日军一万多人的战果成为中华民国抗战以来最大的胜利，日军精锐第10师团遭到毁灭性打击，精锐第5师团遭到重创。但是南北两线日军源源不断增兵，这次胜利没有扭转徐州战场的局势。
黄河花园口决堤。
5月19日日军占领徐州，6月6日占领河南省会开封。6月9日，蒋中正命令在花园口炸开黄河南岸大坝，史称黄河花园口决堤。此举虽然暂时阻挡了日军南下，但是也造成了黄河下游的大规模水灾，造成上百万民众直接死亡或间接因饥荒而死，造成不知情的当地民众对国民党的不满。战后蒋中正调拨了大量资金修复黄河大堤，史称“黄河归故”，即恢复故道。参与会战的国民革命军分路撤退，粉碎了日军的合围企图，至此，徐州会战结束。会战后，有一部分****留在鲁南苏北敌后战场，后蒋中正下令组建苏鲁战区，以东北军于学忠为战区司令。这部分****坚持到1943年，被日伪军压迫，与****军队摩擦也告失利，被迫退出鲁南苏北。华北日军除以主力进攻山东津浦线方向外，还以一部向河北平汉线追击，宋哲元率部节节抵抗，最后退至黄河以北的豫北地区。
武汉会战。
1938年8月至10月的武汉会战是中日战争中规模最大的会战，参战日军达30多万人，中国军队达110万人，战争中日本损失8万人，因病减员8万人，由此丧失了战略进攻的能力。国民革命军大部脱离战场，安全撤退，桂系军队留在大别山区敌后坚持游击。武汉会战中，中国军队最大的胜利是兵团司令薛岳指挥的万家岭大捷，日军第106师团遭到毁灭性打击，阵亡4000人。10月21日，在大亚湾登陆的日军占领广州，第七战区司令余汉谋部退至粤北地区。10月25日，湖北重镇武汉三镇相继陷落。中国国民政府的作战中心迁往重庆继续抵抗。
日军在占领武汉和南方的广州后，战线拉长，无力作进一步大规模的战略进攻，转入休整。在会战期间，以卢作孚为首的民族企业家运送了大批军队及作战物资到前线，并将武汉地区的大批工业装备和人员转移到四川，在敌机狂轰滥炸下的川江航线为抗战胜利立下了殊勋。此外，苏联航空志愿队参加了保卫武汉的空战。武汉会战迫使日军大本营不得不重新调整对华战略，改为政治诱降为主、军事进攻为辅的战略，以求尽快结束所谓的“中国事变”。政治诱降的主要对手是国民党总裁汪精卫（但1940年日本发现汪精卫政府在中国国内影响力甚小，且无法左右抗日力量最强的黄埔系军队，于是将蒋介石选定为诱降对手，但终未成功）。在历时4个多月的武汉会战中，中国军队伤亡40万人，中国军民以巨大的牺牲迎来了战争的战略相持阶段。
战略相持阶段。
从1938年10月至1943年12月，是战略相持阶段。
随着战局的扩大，战线的延长和长期战争的消耗，日军的财力、物力、兵力严重不足，已无力再发动大规模的战略进攻。敌后游击战争的发展和抗日根据地的扩大，使日军在其占领区内只能控制主要交通线和一些大城市，广大农村均控制在以八路军、新四军为主的中国军队手中。
在此阶段，日本的侵华方针有了重大变化：逐渐将其主要兵力用于打击在敌后战场的八路军和新四军，而对国民党政府则采取以政治诱降为主的方针，敌后战场逐渐成为抗日战争的主要战场。日本侵略军集中了大部分兵力和几乎全部伪军，对中国共产党领导的敌后抗日根据地进行了残酷的“大扫荡”。抗日根据地军民开展了艰苦的斗争，坚决地进行反“扫荡”、反“蚕食”斗争。
日本的作战方针由最早的“三月亡华”，转变为1938年11月第二次近卫声明的“东亚新秩序应由中日共同主导”、“共同防共”、“经济提携”等，并声称只要答应和解，就从华中、华南撤军，华北在名义上属于中国。日本仅用少量的资源即能引诱中国农工阶层加入皇协军的队伍，创造出大量的伪军，在经济上也诱惑资本受损的中国资产阶级，向他们开放日军占领区的实业投资。面对这些因素，中国国民政府中开始不断出现“中日和解”的声音。同年底，第三次近卫声明发表，除了更为温和的语气外，将建立“大东亚新秩序”的部分义务分担给中国，透过德国驻华大使陶德曼的调停，藉以从侧面诱导国民政府和谈，并承诺和谈成功后废除在华不平等条约，归还租界。
日本态度的转变引起了包括欧美国家与中国的注意，其中欧美认为三次近卫声明的目标由中国转向苏联，这样的行动将有助于各国的利益，与慕尼黑协定类似，希望将日本的战火燃烧到苏联的土地上，因而欧美各国开始向国民政府派遣游说团进行劝说，希望蒋介石在各方利益没有太大损失的情况下，与日本达成停战协议。
在日本政府的诱降下，国民政府内亲日派头子汪精卫公开投降。主张与日本媾和的国民党副总裁汪精卫1938年12月29日在越南发表“艳电”响应近卫声明，提出与日本“恢复和平”。作为当时中国的第二号人物，汪精卫在战争最为紧张之时的这番言论，被视作公开的叛国投降，中国抗战的士气受到巨大打击。1939年1月1日，中国国民党召开临时紧急会议，永远开除汪精卫党籍并撤销其一切职务。之后发生“河内刺汪案”，蒋介石派出特务企图暗杀汪精卫不果。这使得汪精卫彻底投向日本，并于5月在上海与日方开展秘密谈判，年底秘密签订《日华新关系调整要纲》。1940年，汪精卫在日本的保护下来到南京，以“还都”的名义于3月30日成立“中华民国国民政府”。
同时日本分别于1939年和1940年发动了扫荡重庆外围的随枣会战和枣宜会战，希望国民政府能尽速投降。在这场危及战时陪都重庆的战役中，国民革命军第33集团军司令张自忠将军殉国。1940年夏，蒙古族也展开了自发的抗日斗争。
1939年9月，纳粹德国军队向东欧的波兰不宣而战，引发法国、英国向德国宣战，标志着绥靖政策的破产，第二次世界大战正式爆发。欧美列强放弃了将法西斯国家力量引向苏联的企图，一反早先要求中日和谈的态度，支持中国国民政府进行抗战。但德国军队进展超乎人们预料，法国1940年6月22日迅速向德国宣布投降，随后德国迅速组织力量对英国展开袭击。世界各地的战况均有利于法西斯。这一时期中国也出现了广泛的悲观倾向。在这种情况下，国共两党展开了不同形式的宣传，鼓舞抗战士气。其中三次长沙会战对日军造成重大打击，1941年薛岳指挥的第三次长沙会战歼灭日军5万多人。这一度改变了当时中国国内的抗战士气。一些不受国民政府指挥的民兵组织（如中国共产党、蒙古抗日游击队等）也开始逐步壮大。
敌后战场开始大多为国民党的地方部队所占据。另外还有民间与共产党等抗日团体，而敌后地区也成为各抗日武装的势力范围。随着日本对敌后大规模扫荡以及蒋介石“曲线救国”策略的影响，国民革命军敌后控制区大大减少﹐日军没有足够兵力长期守住这些地区。而八路军、新四军利用其灵活的游击战技巧生存下来，成为插入敌后的一把尖刀，使敌军不得安宁。
