出于国内状况和战争消耗考虑，日本希望能够短时间内吞下中国。打完华北，日本挥师南下攻打上海，再取南京，给国民党一个下马威。上海毗邻南京，是蒋介石的发家处，正是他的“龙兴”之地。日军选择如此路线，国民政府无路可退。当即蒋介石发表自卫宣言，表示抵抗暴力，保卫国土。国民党开赴前线，进行了着名的淞沪会战。
国民政府淞沪会战时可谓动了老本。中国累计参战兵力70多个师，70多万人，日军累计参战兵力12个师团，20多万人。当时中日两国的国力对比非常悬殊，日本一年的国民生产总值是60亿美元，中国是10亿多美元，如此一个大国，基本上还停留在农业社会。国民生产总值只相当于日本的六分之一，军事力量更是相距甚远。日本的海军世界第三，军舰总排水量达到170万吨，仅次于美英，航空母舰10艘，战列舰11艘。中国只有6万多吨军舰，好多都是甲午海战打剩下的祖父级军舰，比水兵的爷爷都老，那种船能开出海就不错了。日军约有2600多架飞机，中国只有305架，而且是双翅膀的木头机，敞开式座舱，飞不高，飞高了飞行员会憋死，也飞不快，翅膀外边蒙着一层帆布，或者包着一层铝皮。对付中国的木头机，日本的机枪子弹全是燃烧弹，只要打到木头飞机，飞机准着火。日本现役军人是50万，还有300万在乡军人，都是受过严格军事训练的预备役军人，战斗力很强。中国军队加上共产党的军队当时是200万，中央军大概占四分之一，剩下的部队尤其是军阀部队，基本上都没有战斗力，当兵为吃粮，扰民有术，御敌无方。
日本兵基本上都是小学以上文化程度，甚至初中毕业，都会鼓捣照相机，能够操作迫击炮、望远镜，能看得懂地图。中国兵基本上都是文盲，在1949年中国人的识字率是20%，1937年认识大字的更是可想而知。所以淞沪会战中国军队以27万人伤亡的代价打死打伤日军4万多人，6.5：1的比例，在当时已经相当不错。
中国军队的现状跟鸦片战争时候差不多，人数虽然多，但分布在全国，在交通状况极其落后的情况下，要把军队调到淞沪战场是需要时间的。当时国军最精锐的部队是3个德械装备师，三十六师、八十七师、八十八师。八十七师、八十八师镇守南京是卫戍部队，现在从南京去上海坐动车1个小时，那会儿要20多个小时才能到，天上还有日军飞机轰炸。三十六师从西安调往淞沪战场，蒋介石给三十六师师长宋希濂下令，限该师×月×日之前到达上海，否则师长以下军前正法。宋师长急了，把全师组织起来直奔火车站，到了火车站，人家说对不起，运力不够，一个师我拉不了。没那么多车皮怎么办？一个师有两个旅，先去一个旅吧，怎么着得赶到战场，于是一个旅上了火车。
火车开到宝鸡，下来吧，铁路就修到这儿。于是全旅下车，找汽车，对不起，没这么多车，拉不了一个旅，那就先去一个团，一旅两个团。汽车跑到半道，下来吧，没汽油了，怎么办？先去一个营吧，把那两个营车里的油抽出来放在这个营的车里，先跑，跑到一点油都没有的时候怎么办？全营找身体最棒的凑成一个连举着三十六师的军旗，跑步进入淞沪战场。所以国民革命军陆军第三十六师军旗到了上海，实际上到的兵力屈指可数。
淞沪会战国军一个师填进去，日本人海陆空炮火上来，一个礼拜就打光了。一个连100多人，上战场一天基本上就全完了。蒋介石中央军的士兵进入上海之后，拿灯泡点烟抽，他们肯定没有见过电灯，觉得这是蜡，能把烟点着了，这还是蒋介石中央军的士兵。所以可以想见中国当时完全是中古社会，士兵连电灯都没有见过，素质可想而知。小日本阵地上有电网，中国兵哪懂这个，举大刀就砍，一砍，人就挂在那儿了，战友去救他，一下一个连全都挂在那儿，他就不知道那是电网，你不能去拉他。不懂啊，没见过电网。淞沪会战血拼了三个多月，本来小日本想三个月灭亡中国，结果光打一个上海就花三个多月。这仗打得虽然是惊天地兮泣鬼神，但是能看出来两国国力的巨大差距。
日军占据高楼，以战车战机掩护，交叉火网射击，国军以战友尸体掩护，向前猛扑，损失惨重，进展很有难度。随后日军不断派遣援军强行登陆，从1937年8月中旬到11月中国军队退出上海，日军投入兵力20多万人，说中国军队是在浴血奋战，毫不夸张。
日军占领上海后，直逼南京，侵华战争进一步升级。蒋介石曾经三次召集高级将领讨论守卫南京的问题。国民政府首都被攻陷，多少有些丢人。不过纵使大家有保卫南京之心，却没有这个实力，南京城被日军重重包围，守城各军战斗多日，伤亡重大。最终，日军入城，12月13日南京陷落，国民政府被迫迁往武汉。
日军从上海向南京进攻，沿途就开始大肆屠杀中国人民，其残忍程度令人发指。大屠杀是有组织的，完全没有道理可讲，全无人性。不接受投降，俘虏全部处死，机枪扫射，汽油焚烧，抛尸河湖，短短几天，屠杀30万南京人民，南京城到处血流成河。
国民党为什么总打败仗？国力孱弱，武器简陋当然是主要原因。但国军将士战斗不可谓不英勇，这个时候，大都是杀身成仁，舍生取义的。当时国民革命军的一首军歌这么唱道：“中华男儿血，应当洒在边疆上。飞机我不睬，重炮我不慌，我抱正义来抵抗。枪口对好，子弹上膛，冲！冲出山海关，雪我国耻在沈阳。中华男儿汉，义勇本无双，为国流血国不亡！凯旋作国士，战死为国殇。精忠长耀史册上，万丈光芒！”
国军士兵，尤其中央军，是很勇敢的，不怕死，但为什么就是打不过小日本呢？有一个重要原因是国民党执行片面抗日路线，不发动人民群众，只依靠政府和军队。国民党为什么不发动群众？就是因为国民党的阶级属性跟群众对立，不敢武装群众。什么样的政府可以把群众武装起来？前提一定是这个政府是人民选举出来的，才敢武装群众，因为它知道我武装起群众来，群众不会拿枪把我推翻。不是民选的政府，绝对不敢把群众发动起来。再者国军打的仗是正规战，两军对垒，枪对枪，杆对杆，兵对兵，将对将，发动群众有什么用？日本坦克上来了，让群众上去？撞，没关系，机动车负全责。不能这么干！而且打仗如果要老百姓上，军人干吗使的？如果用老百姓打仗，就难免会出现误伤。以色列打哈马斯就看得很明显，哈马斯军民不分，二楼是住人的，一楼发射火箭。那炸这栋楼的时候，一炮下去，玉石俱焚。
国民党军队尽管骁勇善战，但战争的结果是，上海没守住，太原没守住，最后就连南京都没守住，日军进行了惨绝人寰的南京大屠杀。
1938年日军兵分两路，从华北和华东夹攻徐州。中国军队在徐州留有重兵，正面战场爆发了徐州会战。在国军五战区司令长官李宗仁将军的指挥下，取得了台儿庄大捷，这是抗战以来正面战场取得的最大胜利。李宗仁将军指挥的台儿庄战役，历经月余，我军毙伤日军11984人，俘虏719人，缴获大炮31门，装甲汽车11辆，大小战车8辆，轻重机枪1000余挺，步枪10000余支。基本上日军第10师团就被打残了，师团长矶谷廉介被撤职回国转入预备役。日军的师团编号在20以内的，包括近卫师团、第1师团、第2师团、第3师团、第4师团、第5师团、第6师团、第7师团、第8师团、第9师团、第10师团、第11师团、第12师团、第14师团、第16师团、第19师团、第20师团属于甲种师团，建军比较早，尤其是1到7这7个师团，甲午战争时就有了，战斗力很强。编号20到50的是乙种师团，50到100的是丁种师团，100以后的是丙种师团。一看日本的师团编号，你就知道它是什么水平的部队。
甲种师团是日军的一种师团编制，主要为二战前日军的17个常备师团，约15000至20000人。成军时间久且历经大战爆发前在中国发生的大小战事，战斗经验以及训练上相对扎实，对日军来说是其组成中列于首位的作战主力。
第10师团，又称姬路师团，是日本陆军的一个甲种师团，是日军在二战爆发前17个常备师团之一，装备精良，被日军作为现代化师团的样板。后来抗日战争一进入相持阶段，咱们的对手基本上就是丙级丁级师团了，因为甲级师团都调到太平洋战场跟美国人打仗去了。台儿庄大捷是战斗胜利，战役却失败了，徐州失守。守军突围，保卫大武汉，爆发了武汉会战。武汉会战中国累计参战兵力110万，日军累计参战兵力35万，最后，武汉还是失守。
武汉会战中，中国军队取得万家岭大捷，几个军把106师团围得像铁桶一样。眼瞅着要创造一次歼灭日军一个师团的辉煌战绩，报纸上空出头版头条准备登载消息，日军打仗都是军官挥着军刀冲在最前面，所以日军军官伤亡最多。当时，106师团军官几乎伤亡殆尽，弹尽粮绝，这个时候日本飞机来了，空降指挥官，扔弹药扔补给，组织部队突围，轰炸机炸出一条血路。中国兵看傻了，本觉得日军插翅难飞，结果日军硬生生从天上打开一条生路，这就是现代化战争，立体战争，我们没见过，所以最后整个会战失败，日军占领了广州和武汉。
广州、武汉的沦陷标志着抗日战争的防御阶段结束，进入到战争相持阶段。