根據武漢外圍戰鬥形勢，及日軍於10月12日在廣東大亞灣登陸進攻廣州情況，蔣介石國民政府於10月16日已決定放棄武漢，並電告李宗仁及陳誠，對第五戰區和第九戰區部隊作了新的部署。為了各部隊有計劃地撤退，將羅卓英從江北第五戰區調迴，使其負責指揮武漢外圍的作戰，掩護各部隊撤退。
10月20日下午，蔣介石召開軍事會議，正式宣布放棄武漢三鎮。
他在會上對將領們說：“保衛大武漢戰役，迄今已經進行了四個月有餘，殲敵二十餘萬，既達到了以空間換時間之目的，也達到了消耗日軍有生力量之目的。更重要的一點，即是日軍始終妄圖在攻占武漢後，以我政府的妥協結束其侵華戰爭，而我們是在戰爭中得到了鍛煉，愈戰愈強，表明了決不妥協之決心。日軍在戰爭中受到重創，欲罷不能。我認為，武漢保衛戰是我們抗戰的重要轉折點，是走向取得勝利的開始。
“我們撤退的主要方向有二，即第五戰區部隊撤向鄂西襄樊；第九戰區部隊撤向湖南。關於撤退的部署，另由各戰區擬定。我已經從第五戰區調迴羅尤青（羅卓英），命他負責部署掩護各部撤退。
“提到撤退，使我想起淞滬抗戰和南京保衛戰後的撤退。應該說每一次撤退，都是有計劃的，決不是全麵大潰逃。但是，上海、南京撤退中的損失，幾乎要比在戰場上的損失更為嚴重。究其原因，是各部隊一接到撤退命令掉頭就跑，爭相奪路，加上日寇的追殺，造成重大傷亡。這一次撤退，是在日寇已經疲憊，而我軍尚有抵抗能力的情況下，有計劃地撤退。所以，大家一定要告訴各部隊長，要爭取逐次抵抗，且戰且退，決不允許再發生過去那樣的混亂了。你們還要告訴各部隊長，本委員長決心與全體官兵共安危，始終坐鎮武漢，一直要等到各部隊撤退完畢，再隨掩護部隊撤退。
“我們在武漢堅守四個月餘，另一重大收獲，即是大量的物資和工業設備、人員，都已陸續撤到大後方，但在武漢三鎮一些工業設施、建築和殘存的物資，有的無法運走，有的來不及運走了。我們決不能留給敵人，要對日軍實行焦土政策，使其‘以戰養戰’的企圖不能實現，這要成為今後放棄城鎮的既定政策。我們決不能讓日寇利用我們的物資、設備，作為他們生存的資料和手段。
“放棄武漢的確切日期，另由軍委會下達命令。今天我在這裏隻不過是‘打招唿’，打招唿的目的，不是宣稱放棄武漢三鎮的決心，因為這個決心我們早就下了的。打招唿是為了使大家有信心做好有秩序撤退，不能亂，千萬不能亂！”
10月24日，蔣介石正式下令放棄武漢，當晚離武昌飛往衡陽。
25日，軍委會宣告“自動放棄武漢”。
25日夜，日軍第6師團占領了漢口北郊的戴家山陣地；波田支隊突破守軍第55師陣地，占領了葛店。當日夜，武漢中國守軍各部隊均已按計劃撤離市區。
26日，日軍第6師團占領了漢口；波田支隊占領了武昌。
27日，配屬波田支隊的第60聯隊占領了漢陽；第9師團占領了賀勝橋；第27師團占領了桃林鎮，並切斷了粵漢鐵路。這時武漢守軍已撤至湘北及鄂西地區。
至此，武漢三鎮全部陷落。武漢保衛戰宣告結束。
10月20日下午，蔣介石召開軍事會議，正式宣布放棄武漢三鎮。
他在會上對將領們說：“保衛大武漢戰役，迄今已經進行了四個月有餘，殲敵二十餘萬，既達到了以空間換時間之目的，也達到了消耗日軍有生力量之目的。更重要的一點，即是日軍始終妄圖在攻占武漢後，以我政府的妥協結束其侵華戰爭，而我們是在戰爭中得到了鍛煉，愈戰愈強，表明了決不妥協之決心。日軍在戰爭中受到重創，欲罷不能。我認為，武漢保衛戰是我們抗戰的重要轉折點，是走向取得勝利的開始。
“我們撤退的主要方向有二，即第五戰區部隊撤向鄂西襄樊；第九戰區部隊撤向湖南。關於撤退的部署，另由各戰區擬定。我已經從第五戰區調迴羅尤青（羅卓英），命他負責部署掩護各部撤退。
“提到撤退，使我想起淞滬抗戰和南京保衛戰後的撤退。應該說每一次撤退，都是有計劃的，決不是全麵大潰逃。但是，上海、南京撤退中的損失，幾乎要比在戰場上的損失更為嚴重。究其原因，是各部隊一接到撤退命令掉頭就跑，爭相奪路，加上日寇的追殺，造成重大傷亡。這一次撤退，是在日寇已經疲憊，而我軍尚有抵抗能力的情況下，有計劃地撤退。所以，大家一定要告訴各部隊長，要爭取逐次抵抗，且戰且退，決不允許再發生過去那樣的混亂了。你們還要告訴各部隊長，本委員長決心與全體官兵共安危，始終坐鎮武漢，一直要等到各部隊撤退完畢，再隨掩護部隊撤退。
“我們在武漢堅守四個月餘，另一重大收獲，即是大量的物資和工業設備、人員，都已陸續撤到大後方，但在武漢三鎮一些工業設施、建築和殘存的物資，有的無法運走，有的來不及運走了。我們決不能留給敵人，要對日軍實行焦土政策，使其‘以戰養戰’的企圖不能實現，這要成為今後放棄城鎮的既定政策。我們決不能讓日寇利用我們的物資、設備，作為他們生存的資料和手段。
“放棄武漢的確切日期，另由軍委會下達命令。今天我在這裏隻不過是‘打招唿’，打招唿的目的，不是宣稱放棄武漢三鎮的決心，因為這個決心我們早就下了的。打招唿是為了使大家有信心做好有秩序撤退，不能亂，千萬不能亂！”
10月24日，蔣介石正式下令放棄武漢，當晚離武昌飛往衡陽。
25日，軍委會宣告“自動放棄武漢”。
25日夜，日軍第6師團占領了漢口北郊的戴家山陣地；波田支隊突破守軍第55師陣地，占領了葛店。當日夜，武漢中國守軍各部隊均已按計劃撤離市區。
26日，日軍第6師團占領了漢口；波田支隊占領了武昌。
27日，配屬波田支隊的第60聯隊占領了漢陽；第9師團占領了賀勝橋；第27師團占領了桃林鎮，並切斷了粵漢鐵路。這時武漢守軍已撤至湘北及鄂西地區。
至此，武漢三鎮全部陷落。武漢保衛戰宣告結束。