1937年12月，日本出動大批飛機，在太平洋炸沉了美國軍艦“帕奈”號及英艦“瓢蟲”號。次年3月11日，希特勒向奧地利政府發出最後通牒，強令奧地利總理許士尼格辭職；及至1939年3月16日清晨，德軍侵入捷克斯洛伐克全境，占領了首府布拉格。
武漢地處長江中遊，交通便利，易守難攻，是華中重要的戰略要地。南京陷落後，國民政府雖然遷都重慶，但它的許多重要機構卻都設在武漢，因此，武漢成為中國實際上的政治、經濟、軍事中心。日本為了強迫中國政府早日投降，於1938年5月19日占領徐州後，就把下一個進攻目標對準了武漢。
1938年5月19日，日軍沿隴海路西進，準備攻占鄭州後，再沿平漢路南下攻取武漢。國民黨為了阻止日軍進攻，在鄭州花園口決堤，日軍被迫改變了進攻路線。以主力沿長江兩岸西進，從南麵進攻武漢，另一部沿大別山北麓西進，從北麵進攻武漢。
6月7日，日軍一部在軍艦的掩護下，從鎮江沿長江南岸西進。12日，日軍攻占安慶，揭開了武漢會戰的序幕。日軍占領安慶後，繼續西進。25日，突破馬當外圍的日軍與守衛馬當要塞的中國守軍展開了激烈的爭奪戰，雙方傷亡都很大。29日，日軍繞過馬當攻占了彭澤，馬當腹背受敵也於當日陷落。接著，日軍於7月3日在湖口附近登陸。中國守軍奮起阻擊，雙方展開激戰。7月5日，日軍突破國民黨軍隊的防線，占領了湖口炮台。同時，沿長江北岸進軍的一路日軍也從安徽合肥南下，18日攻占潛山，並向太湖方向進攻。至此，中日軍隊在太湖、湖口、鄱陽湖一線形成對峙。
7月中旬，日軍又增加了兵力，調整了部署，準備繼續西進。23日，日軍在軍艦、飛機的掩護下，越過鄱陽湖，在九江以東的姑塘附近登陸。24日，另一部日軍也在九江以東的另一地點登陸。24日晚，兩部日軍向九江發動了猛攻，中國守軍奮力抗擊，但外圍很快就被攻破。26日，中國軍隊放棄九江，退守瑞昌。日軍占領九江後，兵分兩路分別向瑞昌和南昌進攻。但在接下來的進軍中，卻遭到國民黨軍隊的頑強阻擊，進展緩慢。日軍增加兵力後，於8月中旬在飛、大炮的掩護下，兵分三路向瑞昌發動猛攻。中國守軍盡管英勇奮戰，但在日軍猛烈轟擊和施放毒氣的情況下，損失慘重，24日瑞昌失守。日軍占領瑞晶後，又兵分兩路，主力繼續沿江西進。
與此同時，長江北岸日軍也突破了中國軍隊的頑強抵抗，7月下旬占領了太湖地區，8月初又占領了黃梅。但在接下來的進攻中，遭到中國守軍的頑強阻擊，雙方形成激烈的拉鋸戰。但日軍在猛烈炮火和飛機的掩護下，於9月16日占領武穴，並向田家鎮發動猛攻。中國守軍奮力抗擊，但田家鎮仍於9月29日失守。10月19日，日軍在占領浠不後，向武漢進發。
8月下旬，另一部日軍也從合肥出發，兵分兩路，左路沿大別山北麓西進，經商城直插武漢，右路沿淮河南岸西進，攻取信陽後，迂回武漢。左路日軍遭中國守軍頑強阻擊，傷亡慘重，於9月16日才占領商城。中國守軍退守大別山各隘口，層層阻擊日軍，與日軍展開激烈的鏖戰。右路日軍也遭中國守軍頑強阻擊，10月12日攻占信陽，切斷了平漢鐵路線，南下威脅武漢。此外，南方廣州也於10月23日失陷。至此，武漢已完全處於日軍的包圍之中。在此形勢下，蔣介石於10月24日下令放棄武漢，國民黨軍隊全線撤退。27日，日軍占領了整個武漢，至此，武漢會戰結束。
武漢會戰曆時4個多月，雙方投入的兵力都是前所未有的。會戰雖然以中國軍隊的失利而結束，但也大大消耗了日軍的有生力量，使日軍的戰略進攻受阻，從而使中國的抗日戰爭轉入戰略相持階段。