平汉线第一期作战

日寇占领平津后，即以主力巩固平津地区，另一部兵力展开于平津以南的长辛店至独流镇一线，等待日本国内援军到达后，再向华北内地进攻。

1937年8月31日，日本陆军参谋部决定成立华北方面军，下辖2个军8个师团、1个航空兵团及关东军派遣兵团之4个旅团，共计37万人，司令官寺内寿一。

8月12日，国民政府召开最高国防会议，并颁布《战争指导方案》和《作战指导计划》，将晋绥察划为第二战区，任命阎锡山为第二战区司令。此前的军事会议，国民政府已将津浦路北段划为第一战区，并由蒋介石亲自担任总司令，两个战区共6个集团军60万人。

1937年8月22日，根据国共双方达成协议，军事委员会宣布将中国红军主力改编为第8路军，朱德任总指挥、副总指挥彭德怀，全军下辖第115师、第120师和第129师，兵力4.6万人。9月11日，又将第八路军改称国民革命军第18集团军，朱德改任总司令、副总司令彭德怀。同年10月，中·共领导的南方8省游击队改编为国民革命军新编第4军（新四军），次年1月6日，叶挺任军长。至此，中·共军队为适应抗战需要完成改编，从此踏上抗日战场。

1037年8月9日，日寇陆军参谋部制定实施察哈尔作战，8月14日，组建察哈尔派遣兵团，下辖独立第1、第2、第15混成旅，另有2个支队和第二航空团，任命日本关东军参谋长东条英机为司令官。8月17日，日本关东军在张北地区集结。

8月上旬，中国统帅部任命傅作义为第7集团军司令，率部加强南口和张家口地区的防御。

日寇在尚未完成集结时，于8月11日向南口发起攻击，中国守军第89师经过顽强抵抗，于13日退守居庸关长城一线。同日，蒋介石令第14集团军（卫立煌部）由石家庄驰援南口。至19日，双方在南口战斗达到白热化程度。23日，国军撤退。27日，张家口沦陷。

9月6日，日寇华北方面军第5师团分三路向南推进，攻占蔚县、广灵，先头部队到达浑源。与此同时，关东军察哈尔兵团继续沿平绥线进攻，至24日，先后攻克天镇、大同、丰镇和集宁等要点。

9月4日，华北方面军制定《华北会战指导方案》，由第1军担任平汉线作战，第2军负责津浦路作战。9月14日，日寇华北方面军第1军从北平出发，分三路向平汉路进犯。24日，保定沦陷。

同时，日寇第2军沿津浦路进攻。10月1日，日寇第1军向石家庄进攻，6日，攻占正定，10日，日寇第14师团强渡滹（hū）沱河，攻占石家庄。11日占领井陉，切断正太铁路线。此时，国军因太原、淞沪战事吃紧，令部分兵力调离，日寇乘虚而入，于15日攻占邢台，17日攻陷邯郸。

此时，八路军完成整编，于8月下旬至9月下旬从陕西三原和泾阳地区出发，奔赴华北抗日前线。9月25日，第115师于平型关设伏，歼敌第5师团第21旅团一部1000余人。次日，蒋介石至贺电：“二十五日一战，歼敌如麻，足证官兵用命，深堪嘉慰。尚希益励所部，继续努力”。至此，华北平汉线第一期作战结束，由于华北平原无险可守，日寇得以长驱直入，兵锋已经指向山东、冀南地区。

太原会战

10月初，在平汉铁路和津浦铁路激战正酣之时，日寇开始向山西进攻。11日占领原平后，企图一举攻占忻口，并直趋太原。中国军队则提前完成防御准备，由卫立煌统一指挥本部第14集团军、傅作义指挥的第7集团军及中央军3个兵团，于10月12日在忻口以北展开。战至11月1日，国军伤亡三分之二，但阵地没有丢失。

与此同时，日寇第20师团进攻晋东，26日，娘子关失守。11月2日逼近太原，第2战区司令阎锡山下令忻口守军放弃忻口回救太原。11月6日，日寇进攻太原，第7集团军总司令傅作义率第35军另2个旅据城而守，9日太原沦陷。

日寇攻占太原后，第5师团进至清徐，停止追击；第20师团进至平遥后停止进攻；第109师团在太原东南榆次集结。11月12日，第5师团调至保定、石家庄一带修整，关东军部队归还建制。

绥远作战

1937年10月，太原会战时，第2战区司令阎锡山将兵力全部投入到忻口和晋东地区作战，而同属于第2战区辖区的绥远已经无暇顾及。此时绥远省仅有新编第5旅、第6旅和骑兵第6、第7师守备，兵力异常空虚。10月20日，日寇关东军独立第11旅团改编为第20师团，并由伪蒙9个师和飞行团配合，向绥远发动进攻。

9月底，日寇先期已经占领绥远北部的陶琳、百灵庙，并沿绥北铁路西进，10月6日，晋绥军骑兵第6旅与日寇在旗下营地区对峙。10日，日寇占领凉城，12日攻占归绥（呼和浩特），17日占领包头，21日占领固阳。至此，绥远省大部分沦陷。

冀南地区作战

1937年10月17日，邯郸失陷后，在平汉线上，第一战区部队已经败退至平汉、津浦铁路之间，漳河以南地区。10月25日，蒋介石令第1战区部队向石家庄、娘子关方向反攻，以解娘子关地区守军之危。此时位于冀南地区的日寇有第1军的第14、第108两个师团，且已经获悉国军反攻的情报，于11月3日做好了部署。

11月2日，国军骑兵第3军、第77军、第68军开始行动，其中第77军28旅攻入成安，与日寇展开巷战，先入城的682团一个营面对城内日寇优势兵力全数牺牲。11月7日，日寇反攻，国军各部力战不支，被迫后撤。11月4日安阳失守，中日双方于12月在豫北淇河两岸及道口地区形成对峙。

津浦线作战

1937年10月12日，日寇沿津浦路进攻山东，平原失守。国军第3集团军司令韩复榘（山东省主席）奉命阻敌南进。因第1战区部队第1集团军（宋哲元部）、第40军（庞炳勋部）和第3集团军（韩复榘部）均为西北军出身，彼此之间有很深的历史积怨，且韩始终对国民政府抱有疑虑，因此，对于国民政府数次要求其主动出击的命令，韩均予以推脱。10月18日，日寇主力调往平汉线，军事委员会令第3集团军向津浦路和平汉线之间出击，以策应第1集团军作战，韩未遵令。11月8日，日寇向鲁北要的临邑发动进攻，国军第29师（曹福林部）与日寇激战。13日，第29师奉命后撤，临邑失守。14日，鲁北另一重镇禹城亦告沦陷，第3集团军退往黄河以南。

12月23日，日寇第10师团渡过黄河，韩复榘不战而退，日寇进展迅速，26日，济南沦陷。1月6日，第5战区司令李宗仁令第3集团军坚守梁济运河一线，韩仍未遵守命令，率部南撤至成武、曹县。1938年1月10日，日寇海军陆战队未受任何抵抗占领青岛。1月24日，军事委员会撤去韩复榘各项职务，被军事法庭审理后枪决。

日寇在平津、河北、山西、淞沪和山东取得一系列胜利，特别是占领国民政府首都南京后，按照既定策略，不断向国民政府施压，企图迫使国民政府屈服。1938年1月16日，日本发表“帝国政府今后不以国民政府为对手”的声明，以此来威胁国民政府。

此前，在1937年11月22日，在张家口成立伪“蒙疆联合委员会”；1937年12月14日，在北平成立伪中华民国临时政府，由汉奸王克敏出任行政委员会委员长。

在国际上，英国、美国和法国虽然谴责日本的侵略行为，但对中日双方的战争均持观望态度。苏联出于自身远东安全的考虑，则向国民政府提供大量军事援助，希望中国能够束缚住日寇的手脚，不能向其远东地区采取军事行动。仅1937年底至1938年2月，苏联向中国提供了200架作战飞机和20个步兵师的武器弹药，以及中国急需的重型武器，并派遣苏联支援飞行员和军事顾问来华支援抗战，其中就包括后来在斯大林格勒战役中表现优异的崔可夫将军，也包括在柳班战役中被俘投降的弗拉索夫。

在华中，1938年3月28日，日寇在南京策划成立“中华民国维新政府”，管辖江苏、浙江、安徽三省被日寇侵占的领土，汉奸梁鸿志出任伪政权“行政院长”。

1938年1月20日，日本陆军部战争指导科制定《昭和十三（1938）年以后战争指导计划大纲》，确立了日本未来的军事方针：“完成对苏联战争准备。运用政、战两略，迅速结束对华战争。在政略上，扶持“新政权”，诱导蒋介石政府悔悟，使其与‘新政权’合流；在外交上，加强与轴心国关系，保持同美国的‘亲密’关系；在军事上，预计用4年时间结束对华战争。同时，充实军备，将陆军规模扩大至60个正规师、30个临时师；空军组建250个飞行中队，一万架飞机，兵力总数扩大到600万人。”

1938年2月18日，日本陆军参谋部正式撤销华中方面军、上海派遣军和第10军战斗序列，组建华中派遣军，司令官畑俊六。3月30日，日本陆军参谋部重新调整华北方面军战斗序列，司令官仍为寺内寿一。

国民政府方面，1938年1月，蒋介石于汉口、开封、洛阳各地连续召开军事会议，在1月17日于洛阳与第2、第8战区团以上军官开会时指出：“胜利的基础在于有非常的精神和决心。”与此相适应，军事委员会调整全国军队战斗序列，将南北战场划分为6个战区，另立武汉卫戍总司令部。其中，平汉路方面为第1战区，司令长官程潜；山西方面为第2战区，司令长官阎锡山；苏浙方面为第3战区，司令长官顾祝同；两广方面为第4战区，司令长官何应钦；津浦路方面为第5战区，司令长官李宗仁；甘宁青方面为第8战区，司令长官由蒋介石兼任、朱绍良副之；武汉卫戍总司令部陈诚；西安行营主任蒋鼎文，福建绥靖公署主任陈仪。

1938年2月，全国总兵力经过补充，共有210个步兵师，又35个步兵旅、11个骑兵师、6个骑兵旅、18个炮兵团