1937年12月，日本出动大批飞机，在太平洋炸沉了美国军舰“帕奈”号及英舰“瓢虫”号。次年3月11日，希特勒向奥地利政府发出最后通牒，强令奥地利总理许士尼格辞职；及至1939年3月16日清晨，德军侵入捷克斯洛伐克全境，占领了首府布拉格。
武汉地处长江中游，交通便利，易守难攻，是华中重要的战略要地。南京陷落后，国民政府虽然迁都重庆，但它的许多重要机构却都设在武汉，因此，武汉成为中国实际上的政治、经济、军事中心。日本为了强迫中国政府早日投降，于1938年5月19日占领徐州后，就把下一个进攻目标对准了武汉。
1938年5月19日，日军沿陇海路西进，准备攻占郑州后，再沿平汉路南下攻取武汉。国民党为了阻止日军进攻，在郑州花园口决堤，日军被迫改变了进攻路线。以主力沿长江两岸西进，从南面进攻武汉，另一部沿大别山北麓西进，从北面进攻武汉。
6月7日，日军一部在军舰的掩护下，从镇江沿长江南岸西进。12日，日军攻占安庆，揭开了武汉会战的序幕。日军占领安庆后，继续西进。25日，突破马当外围的日军与守卫马当要塞的中国守军展开了激烈的争夺战，双方伤亡都很大。29日，日军绕过马当攻占了彭泽，马当腹背受敌也于当日陷落。接着，日军于7月3日在湖口附近登陆。中国守军奋起阻击，双方展开激战。7月5日，日军突破国民党军队的防线，占领了湖口炮台。同时，沿长江北岸进军的一路日军也从安徽合肥南下，18日攻占潜山，并向太湖方向进攻。至此，中日军队在太湖、湖口、鄱阳湖一线形成对峙。
7月中旬，日军又增加了兵力，调整了部署，准备继续西进。23日，日军在军舰、飞机的掩护下，越过鄱阳湖，在九江以东的姑塘附近登陆。24日，另一部日军也在九江以东的另一地点登陆。24日晚，两部日军向九江发动了猛攻，中国守军奋力抗击，但外围很快就被攻破。26日，中国军队放弃九江，退守瑞昌。日军占领九江后，兵分两路分别向瑞昌和南昌进攻。但在接下来的进军中，却遭到国民党军队的顽强阻击，进展缓慢。日军增加兵力后，于8月中旬在飞、大炮的掩护下，兵分三路向瑞昌发动猛攻。中国守军尽管英勇奋战，但在日军猛烈轰击和施放毒气的情况下，损失惨重，24日瑞昌失守。日军占领瑞晶后，又兵分两路，主力继续沿江西进。
与此同时，长江北岸日军也突破了中国军队的顽强抵抗，7月下旬占领了太湖地区，8月初又占领了黄梅。但在接下来的进攻中，遭到中国守军的顽强阻击，双方形成激烈的拉锯战。但日军在猛烈炮火和飞机的掩护下，于9月16日占领武穴，并向田家镇发动猛攻。中国守军奋力抗击，但田家镇仍于9月29日失守。10月19日，日军在占领浠不后，向武汉进发。
8月下旬，另一部日军也从合肥出发，兵分两路，左路沿大别山北麓西进，经商城直插武汉，右路沿淮河南岸西进，攻取信阳后，迂回武汉。左路日军遭中国守军顽强阻击，伤亡惨重，于9月16日才占领商城。中国守军退守大别山各隘口，层层阻击日军，与日军展开激烈的鏖战。右路日军也遭中国守军顽强阻击，10月12日攻占信阳，切断了平汉铁路线，南下威胁武汉。此外，南方广州也于10月23日失陷。至此，武汉已完全处于日军的包围之中。在此形势下，蒋介石于10月24日下令放弃武汉，国民党军队全线撤退。27日，日军占领了整个武汉，至此，武汉会战结束。
武汉会战历时4个多月，双方投入的兵力都是前所未有的。会战虽然以中国军队的失利而结束，但也大大消耗了日军的有生力量，使日军的战略进攻受阻，从而使中国的抗日战争转入战略相持阶段。