1937年7月底，日军相继攻陷平津后，兵分三路，分别沿平绥、津浦、平汉铁路线发动大规模的战略进攻，国军傅作义、汤恩伯、刘汝明等部合编的第七集团军、宋哲元的第一集团军和刘峙的第二集团军分别担任三线的防御。8月7日，平绥线日军向南口及其沿线长城要隘展开进攻，南口战役打响，国军在傅作义指挥下苦战18日，始终是不敌日军，遂于8月26日撤退，日军占领南口附近重镇怀来、延庆，南口战役结束。南口战役期间，8月23日，日军占领居庸关，突破长城防线，战役后，平绥线日军继续沿平绥线西犯，占领察南、绥东和大同周围地区。9月11日，津浦线日军攻占马厂，22日突破国军阵地，先后占领姚官屯、沧县和德州。同时，另一路在津浦线以西沿子牙河以南向西迂回的日军也击破了国军的滹沱河防线。在平汉线上，日军从9月14日起向涿县地区发动进攻，国军全线撤退，日军于24日占领保定，随后攻占石家庄、井陉、邢台、邯郸。此时，为抽调兵力增援淞沪战场，日军暂停了津浦、平汉线方面的进攻。

1937年10月，李宗仁被任命为第五战区司令长官，驻徐州指挥津浦路沿线作战，而此时华北日军则将战略进攻的重点放到了太原方向，并与以阎锡山为司令长官的第二战区国军展开太原会战。10月初，坂垣征四郎率日军沿同蒲线、越内长城直取太原，国军也调集了16个师的兵力在以忻口为中心的两侧山地进行布防。10月1日，忻口战役打响，两军激战一周余，日军最终攻占崞县，并于11日再陷原平。10月13日，五万多日军在空军的配合下在忻口以北发起猛攻，虽然一开始突破了国军阵地，但国军随后便将其夺回。10月14日，日军增兵，战事成胶着状；15日，国军开始反攻，经反复激战终于成功粉碎了日军的突袭计划。此后，两军竟日激战，你争我夺，相持近半个月，中共八路军115和120师也参与了战斗，在日军侧后进行突袭。

忻口战役进行之时，已于10月10日攻陷石家庄的平汉线日军派兵向娘子关进攻，以配合同蒲路日军会攻太原，相继攻陷井陉、娘子关、平定、阳泉、寿阳。至10月底，忻口战场局势恶化，守军处于两面受敌的危险境地，国军遂于11月2日撤离忻口阵地，向太原撤退。接着，晋北、晋东的日军会合，开始进攻太原，于11月8日突入太原城北，经激烈巷战，太原于11月9日失陷，太原保卫战结束。至此，国军在华北战场的大规模抵抗基本结束。

平绥线日军在10月16日攻占包头，同蒲线日军也在攻陷太原后横扫晋南诸城。12月，在攻取南京和沪宁杭地区的同时，长三角日军兵分三路与从山东南下的华北日军的两个师团南北夹击华北战略要地徐州，企图打通津浦线，南下进攻武汉。国军方面，第五战区司令长官李宗仁集结60万国军，按照“北攻南守”的作战方针各派3个集团军分别在苏北和津浦线南段布防，阻止日军进攻。12月中旬，日军8万人自镇江、南京、芜湖渡江北上，李宗仁调兵遣将将日军堵住，并于1938年1月下旬以诱敌深入之计围歼津浦路之敌，致使日军不敢冒险北进，从而稳定了津浦线南段的战事。

1937年12月下旬，华北津浦线日军强渡黄河，山东省政府主席、第三集团军总司令韩复榘为保全实力，不战而逃，致使济南于12月27日失守。1938年1月1日，泰安失守；8日，势单力孤的青岛守军被迫撤退至沂水一带。由于韩复榘连连失地，致津浦线北段正面大门洞开，日军得以沿线长驱直入，国府因此于1月24日将韩复榘枪决。

2月，国军拟向西推进，袭取济宁、汶上，以牵制敌人主力。2月14日，中日军队在济宁短兵相接，竟日激战，国军最后败北，只得撤回。同时，进攻汶上的国军也被日军击败。随后，日军开始大举南攻，国军则不断侧击南下之敌，使之难以顺利前进，暂时稳定了战局。

1938年3月29日，出于抗日需要，国民党召开了临时全国代表大会，大会决定在国民党内恢复领袖制度，蒋介石出任国民党总裁，汪精卫为副总裁。就这样，蒋介石借抗战名正言顺的夺取了汪精卫长期在国民党内的最高领袖地位，不过由于汪精卫在党内影响巨大，因此蒋介石虽然手握实权，但表面上还要让汪精卫三分。在这次会议上，国民政府还决定结束国防参议会，设立国民参政机关；4月，国民党五届四中全会通过了《国民参政会组织条例》，并于4月12日正式公布。同年7月6日，国民参政会第一届第一次大会在汉口举行。九年中，国民参政会共召开四届，十三次，1947年5月，在南京召开第四届第三次大会后宣布将其撤销。

回头继续看华北战局。日军见津浦线主力南攻不成，便改变策略，派少壮派军人板垣征四郎和矶谷廉介率两师团会攻台儿庄。台儿庄位于津浦线台枣支线及台潍公路的交叉点上，扼运河的咽喉，是徐州的门户，具有十分重要的战略地位，日军一旦得手台儿庄，便可策应津浦线南端日军攻势，一举拿下徐州。1938年3月11日，国军张自忠部奉命赶赴临沂，与城内守军内外夹攻围城的坂垣师团，双方激战数日，反复肉搏，国军最终于3月17日将坂垣击败，使之向沂水退却。接着，国军紧追不舍，将坂垣逼到莒县城内死守。临沂之战的胜利砍断了津浦线北段日军的左臂，粉碎了日军两路会攻台儿庄的计划，使国军在后来的台儿庄会战中得以集中优势兵力聚歼孤军深入的日军。

虽然板垣征四郎这一路日军被国军击败，但矶谷廉介却势如破竹。3月15日，矾谷师团在飞机、大炮的配合下进攻滕县，国军汤恩伯部主力没能及时赶往驰援，致使日军在17日晚占领滕县，20日又陷郅县，并沿台枣支线向台儿庄阵地突进。面对此种局势，李宗仁调擅长固守的原西北军孙连仲部驻防台儿庄运河一线，扼守台儿庄正面阵地。同时，李宗仁判断，矶谷在此前的战役中占了上风，骄狂不可一世，一定会不待蚌埠方面援军北进，便直扑台儿庄，以期一举而下徐州，夺取打通津浦线的首功，因此，李宗仁决定请君入瓮，让汤恩伯部让开津浦线正面，诱敌深入，待其直扑台儿庄后再转而与孙连仲部一起围歼之。

不出李宗仁所料，矶谷廉介从滕县南下后，完全不care汤恩伯的部队，率领4万日军、七八十辆坦克、百余尊山野炮和重炮以及不计其数的重轻机枪一路直扑台儿庄，于3月23日进抵台儿庄北泥沟车站，与国军发生遭遇战，台儿庄战斗就此打响。

3月24日，日军大举进攻台儿庄，国军孙连仲部在一无平射炮，二无坦克的条件下殊死抵抗，与日军展开近身肉搏，甚至怀揣炸弹与日军坦克同归于尽。尽管如此，日军还是在当晚攻入了城内，国军由此展开巷战。3月27日，得到增援后的日军对台儿庄发动了三次攻击，城内巷战愈发激烈，国军损失惨重。这一期间，国军汤恩伯部为保全自身实力，竟置台儿庄危急于不顾，作壁上观；李宗仁虽多次催促，无奈汤恩伯乃蒋介石嫡系，骄横不可一世，根本不服从调遣。最后，李宗仁在无可奈何之下电令汤恩伯：如再不听命令，殆误战机，当以军法论处，同韩复榘同样下场。汤恩伯这才同意进军。

此时，台儿庄孙连仲部守军几乎伤亡殆尽，全庄四分之三已为日军占据，日军一面通过电台宣称已将台儿庄占领，一面调集重炮、坦克疯狂冲击，企图一鼓作气，完全夺下台儿庄。孙连仲深知，如再孤军死守，必将全军覆亡，因此于4月5日直接与李宗仁通电话，要求把部队暂时撤到运河南岸，让他的第二集团军留点“种子”。然而，李宗仁清楚台儿庄之战的重要性，并估计汤恩伯部次日中午即可赶至台儿庄北部，所以鼓励孙连仲说：“敌我在台儿庄已血战一周，胜负之数决定于最后5分钟。援军明日中午可到，我本人也将于明晨来台儿庄督战，你务必守至明天拂晓……如若违抗，当军法从事”。当夜，台儿庄守军组织敢死队，分组向敌出袭，冲击敌阵；日军血战多日，也是筋疲力竭，此时正在睡梦中，因此面对国军的进攻猝不及防，节节败退。在不到一个小时的时间里，国军竟将为日军所占的街道夺回四分之三。

4月6日，李宗仁亲临台儿庄前线，指挥部队向矾谷师团发起全线反击，汤恩伯部也在当日天亮前赶到。4月6日黎明，国军汤恩伯部从北面向台儿庄日军发起进攻，矾谷知已陷入重围，下令部队全线撤退。当晚，李宗仁亲自指挥台儿庄守军全线出击，已成强弩之末的日军大败，狼狈撤退。李宗仁下令追击，国军将日军杀的尸横遍野，枪械、辎重尽失，矶谷廉介率残部突围逃走。

在台儿庄大捷中，国军毙伤日军一万余人，俘虏700多，缴获了数量不等的大炮、装甲车、战车和轻重机枪。台儿庄战役是中国在抗战初期所取得的最大的胜利，极大的振奋了国军乃至全民族抗战的士气。