剛開始富池口還沒丟失，田家鎮隻是遭到岡村支隊的攻擊，壓力並不大。在天氣不好，日本空軍不能出動時，外圍的三個軍又不斷的圍攻岡村支隊，使得稻葉兩次大規模增援岡村支隊維持攻勢。
9月24日富池口被沿江西上的波田支隊攻陷，29日國軍不得不從田家鎮撤退，長江的大門被撞開了。岡村寧次為了搶在日本第二軍前麵搶占漢口，特別組織了快速縱隊，由36旅旅團長牛島滿率領長途奔襲，並期望能在武漢以北和第二軍會師以截斷五戰區大軍的退路。
日本第2軍因為北邊的張鼓峰事件，行動晚了許久，直到8月22日，東久邇宮稔彥王才從合肥帶隊出發。
8月27日，第2軍同時向大別山的門戶六安和霍山進攻。攻占六安、霍山後，第2軍兵分兩路。左路第13、16師團穿越大別山北麓直逼武漢，右路直搗羅山、信陽，迂迴武漢。左路第13師團9月2日逼近葉家集，開始進攻富金山。富金山靠葉家集很近，在商六公路的南翼，在山上可以居高臨下地封鎖公路，日軍想繞過去都不行，沒辦法隻好硬著頭皮進攻富金山了。
守富金山的是宋希濂71軍的兩個師和原東北軍51軍的114師，由宋希濂統一指揮。宋希濂以他最精銳的德式師36師守中間的主陣地，原東北軍114師守左邊，右邊是88師。日軍進攻矛頭首先是直指中路36師主陣地。日軍進攻模式可謂是千篇一律，先以飛機輪番轟炸，再以重炮集中轟擊，最後步兵衝鋒。富金山不算很險要，坡麵根本就不怎麽斜，但36師不愧是中央王牌，拚死據守，使日軍攻勢屢屢受挫。
到9月6日，日軍還在山腳下仰望山頂無可奈何地苦笑。見36師實在太硬，日軍沒辦法隻好轉攻左翼的114師，同時使出了奇兵迂迴後方的招數。這一迴日軍的迂迴部隊被88師發現了，被打了個伏擊，損失了400多人，不得不原路返迴，真是偷雞不行蝕把米。同時正麵進攻的部隊也被打退了。第13師團荻洲立兵真是沒有辦法了，隻好向東久邇宮稔彥王求援。
9月11日，日軍的增援部隊16師團藤江惠輔率隊到達富金山，中國守軍因為奉行節節抵抗，避免決戰，所以防守的部隊一般是沒有援軍的，隻有防守的時間限製，守到時間就可以撤了。麵對增加一倍的日軍，宋希濂也沒有辦法，經過九日的激戰，守軍傷亡慘重，無力再戰，隻好撤離陣地，轉移到沙窩、小界嶺一線陣地。
富金山戰鬥國民黨失利之後，日軍乘勝追擊國軍，連占六安葉集和商城，直逼小界嶺防線。小界嶺防線是大別山北麓最後一道阻擋日軍的穩固防線，如被突破，日軍就將越過大別山山脈，沿公路一路順暢無阻地前進，國軍將無可以依托的有利地形來阻擊日軍。小界嶺防線由宋希濂的71軍、田鎮南的30軍和馮安邦的42軍來防守，其中71軍缺36師（36師富金山一役，隻剩下800多人），孫連仲這一迴讓富金山一役已經損失慘重的71軍和30軍來防守小界嶺防線的沙窩，比較完好的馮安邦42軍則獨自防守小界嶺防線的新店。守軍三個軍利用地形優勢，頂住了日軍一輪又一輪的猛攻。而時任光山縣委書記的熊作芳，在國共合作共同抗日的背景之下，默默無聞地冒著槍林彈雨，沿著我的家鄉熊河村至周河鄉負責運送傷員，協助國民黨進行後勤保障工作。
這就是在曆史上留下濃墨重彩的沙窩白雲山抗戰。與商城富金山中日軍隊的角逐，曆史上統稱富沙抗戰。
從9月18日一直打到10月下旬，宋希廉撤退至湖北境內之後，第13和16師團終於突破了小界嶺防線，穿越了大別山，於10月25日占領麻城，可是這時國軍已經放棄武漢兩天了。
9月下旬，岡村寧次從空中偵察了解到薛嶽第1兵團主力在瑞（昌）武（寧）路方麵作戰，南潯鐵路與瑞武路之間的守軍兵力薄弱，出現空隙，便命令整補後初步恢複元氣的第106師團向西推進，企圖切斷南潯路與武寧路中國守軍間的聯係。第106師團接到岡村命令後迅速行動。
10月2日，第106師團主力孤軍深入到了萬家嶺地區。
10月5、6日兩日，第1兵團主力第74軍（即後來的號稱國民黨軍五大主力之一的整編第74師的前身）等部在長嶺、背溪街、張古山、獅子岩等處與日軍第106師團激戰。74軍第51師在師長王耀武指揮下，向日軍占據的長嶺北端和張古山製高點發起了數度攻擊，第305團團長張靈甫率一支精幹的小部隊，從日軍疏於防範的後山絕壁上進攻，經過白刃格鬥，占領張古山主陣地。激戰至10月9日，在中國軍隊的打擊下，日軍第106師團損失慘重，特別是日軍基層軍官傷亡慘重，華中派遣軍司令官俊六大將親自組織向萬家嶺地區空投了200多名聯隊長以下軍官，以加強力量，這在整個中國抗日戰爭中是絕無僅有的。經五晝夜反複爭奪，張靈甫帶傷堅持戰鬥，終於牢牢控製該陣地。
日軍第2軍左路軍行程不暢，右路軍與之相比稍好一點，第3和第10師團猛攻固始，一番激戰後於占領該城。接著，兩個師團沿公路西進潢川，撞上了國軍一代名將張自忠。
張自忠整整守了10天，比原來預定的守七天整整超了三天，最後還能在敵人麵前安全撤退。
日軍占領潢川後，直搗羅山、信陽，胡宗南的第1軍、46軍早已在那裏嚴陣以待。胡宗南的第一軍是當時國軍裝備最好的，有邱清泉的坦克部隊（當時國軍唯一的坦克部隊）和彭孟緝的炮兵旅（當時最大的炮兵編製）。
胡宗南坐擁國軍最好的裝備，用三個軍七個師與日軍已經血戰數次的兩個師團激戰20多天竟然還占下風，最後丟了信陽，李宗仁曾“電令胡宗南自信陽南撤，據守桐柏山、平靖關，以掩護鄂東大軍向西撤退。然胡氏不聽命令，竟將其全軍7個師向西移動，退保南陽，以致平漢路正麵門戶洞開。武漢會戰打到了10月中旬後，全線潰敗。
武漢外圍要點盡失，更重要的戰略決策失敗，蔣介石沒想到這時日軍竟然還能分兵在廣東登陸，並很快於21日占領華南重要港口廣州。
青島、上海等地陷落後，廣州就成了中國最重要的港口了，但與它的重要性相比，防守卻顯得很鬆懈，粵軍竟然被抽調半數去參加武漢會戰。誰知在武漢會戰國軍頑強抵抗，使得戰局進展緩慢，日軍大本營等不及了，迅速抽調三個師組成21軍，由古莊幹郎大將統領，在海軍第5艦隊司令長官鹽澤幸一支援下，奇襲廣州。
廣東這邊到是聽到一點風聲，廣東省長吳鐵城還向重慶作了報告，可是蔣介石居然以為這是日本人故意製造出來的“假”情報，試圖讓國軍從武漢戰場抽出兵力支援廣東。不給增加兵力也就算了，蔣介石竟然還發報讓餘漢謀再調一個師去武漢戰場。
10月11晚，日軍7萬多人，2.7萬匹馬在廣州大亞灣登陸成功，一路勢如破竹，連下淡水、惠州、博羅和增城，21日已經攻到廣州近郊。
餘漢謀的12集團軍僅僅10天就被日軍打敗，乃下令廣州守軍撤退，廣州於21日下午淪陷。
廣州一失，粵漢鐵路被切斷，武漢就更不值得用重兵防守了，麵對這種情況，蔣介石又吸取南京保衛戰的教訓，不做孤城困守，決定放棄武漢，10月25日棄守該城。
日軍26日占領武昌、漢口。27日，占領漢陽，武漢保衛戰至此結束。
為保衛武漢，國民政府重新劃分戰區，製定戰略防禦部署，將重點放在武漢外圍，從6月到10月底同日軍展開了一係列英勇的防禦作戰，使敵在推進途中付出重大代價。在長江北岸，日軍在田家鎮要塞攻防戰中“戰死287人（內軍官7），負傷866人（內軍官15人），合計1150人，預料還要增加”。在長江南岸，在江西馬頭鎮要塞，中國守軍與敵惡戰8晝夜，予敵大量殺傷。
在富池口（今陽新富池鎮）要塞同日軍血戰近10天，多次擊退日軍進攻，最後，無恥的日寇竟向國軍施放毒氣才占領。在廬山南北，國軍與敵展開激戰，取得萬家嶺大捷，斃敵3000人，傷敵更多，俘虜30多人，繳獲輕重機槍50多挺、步槍1000多支，軍馬100餘匹。在大別山地區，國軍在富金山高地頑強阻擊日軍，予敵重創，殲敵1000餘人，使日軍每個連平均減員到40人，營長一級的軍官也多有傷亡。同時，國軍利用大別山的險峻地形，巧妙阻擊日軍，激戰1個多月，致使日軍付出了戰死1000人，傷約3400人的代價才得以突破。在河南信陽，國軍持續阻擊日軍，殲敵2600人。
武漢會戰期間，中國空軍和海軍也積極參與了作戰。在蘇聯航空誌願大隊的配合下，中國空軍鏖戰長空，與日軍航空兵空中大戰7次，擊毀日機78架，炸沉日艦23艘，有力地支援了地麵部隊的作戰。中國海軍在長江上也進行了激烈戰鬥，在沿江要塞布置水雷，設置海岸炮，並擊沉日艦多艘，有力遲滯了日艦沿江進攻，取得了戰略上的成功。
由於國軍各處頑強、持續的阻擊，各路日軍在付出慘重代價後，遲至10月底才完成由東、南、北對武漢的三麵包圍。然而，國軍從持久抗戰的戰略角度出發，未與敵決戰，而是從武漢地區撤退，保存了有生力量。
武漢會戰曆時4個半月，以國軍主動撤出武漢而告結束。就戰役而言，日軍占領了武漢三鎮，並控製了中國的腹心地區，取得了勝利。但就戰略而言，則日本並未能實現其戰略企圖。日本大本營認為“隻要攻占漢口、廣州，就能支配中國”，於是日本禦前會議決定發動武漢會戰，迅速攻占武漢，以迫使中國政府屈服。為此還規定“集中國家力量，以在本年內達到戰爭目的”、“結束對中國的戰爭”。但是，中國政府既未因武漢、廣州的失守而屈服，日本的侵華戰爭也未因日軍占領武漢、廣州而結束。
中國政府在武漢失守後聲明說：“一時之進退變化，絕不能動搖我國抗戰之決心”，“任何城市之得失，絕不能影響於抗戰之全局”。
“更哀戚、更堅忍、更踏實、更刻苦、更猛勇奮進”。武漢會戰，中國開始致力於全麵、持久的抗戰。
在日軍已經占領的後方，大批的抗日人民武裝成長起來，大片的國土又被收複。用日軍自己的話說，日軍占領的“所謂治安恢複地區，實際上僅限於主要交通線兩側數公裏地區之內”。
武漢會戰，不僅使日軍又遭到一次戰略性的失敗，而且成為日本由戰略進攻走向戰略保守的轉折點。主要表現在以下兩個方麵——
日寇的速戰速決的戰略方針被徹底粉碎。由於國軍的堅強抗擊，日本動用了當時能夠集結的最大兵力（用於進攻的編製人員約25萬人，會戰期間曾補充四五次人員，投入的總兵力當在30萬人左右），發揮了陸、海、空裝備上的絕對優勢，苦戰4個半月，不但沒有殲滅國軍的主力部隊，沒有使國軍的抗戰意誌和戰鬥力有所減退，反而使日軍的有生力量遭到了嚴重的打擊。
9月24日富池口被沿江西上的波田支隊攻陷，29日國軍不得不從田家鎮撤退，長江的大門被撞開了。岡村寧次為了搶在日本第二軍前麵搶占漢口，特別組織了快速縱隊，由36旅旅團長牛島滿率領長途奔襲，並期望能在武漢以北和第二軍會師以截斷五戰區大軍的退路。
日本第2軍因為北邊的張鼓峰事件，行動晚了許久，直到8月22日，東久邇宮稔彥王才從合肥帶隊出發。
8月27日，第2軍同時向大別山的門戶六安和霍山進攻。攻占六安、霍山後，第2軍兵分兩路。左路第13、16師團穿越大別山北麓直逼武漢，右路直搗羅山、信陽，迂迴武漢。左路第13師團9月2日逼近葉家集，開始進攻富金山。富金山靠葉家集很近，在商六公路的南翼，在山上可以居高臨下地封鎖公路，日軍想繞過去都不行，沒辦法隻好硬著頭皮進攻富金山了。
守富金山的是宋希濂71軍的兩個師和原東北軍51軍的114師，由宋希濂統一指揮。宋希濂以他最精銳的德式師36師守中間的主陣地，原東北軍114師守左邊，右邊是88師。日軍進攻矛頭首先是直指中路36師主陣地。日軍進攻模式可謂是千篇一律，先以飛機輪番轟炸，再以重炮集中轟擊，最後步兵衝鋒。富金山不算很險要，坡麵根本就不怎麽斜，但36師不愧是中央王牌，拚死據守，使日軍攻勢屢屢受挫。
到9月6日，日軍還在山腳下仰望山頂無可奈何地苦笑。見36師實在太硬，日軍沒辦法隻好轉攻左翼的114師，同時使出了奇兵迂迴後方的招數。這一迴日軍的迂迴部隊被88師發現了，被打了個伏擊，損失了400多人，不得不原路返迴，真是偷雞不行蝕把米。同時正麵進攻的部隊也被打退了。第13師團荻洲立兵真是沒有辦法了，隻好向東久邇宮稔彥王求援。
9月11日，日軍的增援部隊16師團藤江惠輔率隊到達富金山，中國守軍因為奉行節節抵抗，避免決戰，所以防守的部隊一般是沒有援軍的，隻有防守的時間限製，守到時間就可以撤了。麵對增加一倍的日軍，宋希濂也沒有辦法，經過九日的激戰，守軍傷亡慘重，無力再戰，隻好撤離陣地，轉移到沙窩、小界嶺一線陣地。
富金山戰鬥國民黨失利之後，日軍乘勝追擊國軍，連占六安葉集和商城，直逼小界嶺防線。小界嶺防線是大別山北麓最後一道阻擋日軍的穩固防線，如被突破，日軍就將越過大別山山脈，沿公路一路順暢無阻地前進，國軍將無可以依托的有利地形來阻擊日軍。小界嶺防線由宋希濂的71軍、田鎮南的30軍和馮安邦的42軍來防守，其中71軍缺36師（36師富金山一役，隻剩下800多人），孫連仲這一迴讓富金山一役已經損失慘重的71軍和30軍來防守小界嶺防線的沙窩，比較完好的馮安邦42軍則獨自防守小界嶺防線的新店。守軍三個軍利用地形優勢，頂住了日軍一輪又一輪的猛攻。而時任光山縣委書記的熊作芳，在國共合作共同抗日的背景之下，默默無聞地冒著槍林彈雨，沿著我的家鄉熊河村至周河鄉負責運送傷員，協助國民黨進行後勤保障工作。
這就是在曆史上留下濃墨重彩的沙窩白雲山抗戰。與商城富金山中日軍隊的角逐，曆史上統稱富沙抗戰。
從9月18日一直打到10月下旬，宋希廉撤退至湖北境內之後，第13和16師團終於突破了小界嶺防線，穿越了大別山，於10月25日占領麻城，可是這時國軍已經放棄武漢兩天了。
9月下旬，岡村寧次從空中偵察了解到薛嶽第1兵團主力在瑞（昌）武（寧）路方麵作戰，南潯鐵路與瑞武路之間的守軍兵力薄弱，出現空隙，便命令整補後初步恢複元氣的第106師團向西推進，企圖切斷南潯路與武寧路中國守軍間的聯係。第106師團接到岡村命令後迅速行動。
10月2日，第106師團主力孤軍深入到了萬家嶺地區。
10月5、6日兩日，第1兵團主力第74軍（即後來的號稱國民黨軍五大主力之一的整編第74師的前身）等部在長嶺、背溪街、張古山、獅子岩等處與日軍第106師團激戰。74軍第51師在師長王耀武指揮下，向日軍占據的長嶺北端和張古山製高點發起了數度攻擊，第305團團長張靈甫率一支精幹的小部隊，從日軍疏於防範的後山絕壁上進攻，經過白刃格鬥，占領張古山主陣地。激戰至10月9日，在中國軍隊的打擊下，日軍第106師團損失慘重，特別是日軍基層軍官傷亡慘重，華中派遣軍司令官俊六大將親自組織向萬家嶺地區空投了200多名聯隊長以下軍官，以加強力量，這在整個中國抗日戰爭中是絕無僅有的。經五晝夜反複爭奪，張靈甫帶傷堅持戰鬥，終於牢牢控製該陣地。
日軍第2軍左路軍行程不暢，右路軍與之相比稍好一點，第3和第10師團猛攻固始，一番激戰後於占領該城。接著，兩個師團沿公路西進潢川，撞上了國軍一代名將張自忠。
張自忠整整守了10天，比原來預定的守七天整整超了三天，最後還能在敵人麵前安全撤退。
日軍占領潢川後，直搗羅山、信陽，胡宗南的第1軍、46軍早已在那裏嚴陣以待。胡宗南的第一軍是當時國軍裝備最好的，有邱清泉的坦克部隊（當時國軍唯一的坦克部隊）和彭孟緝的炮兵旅（當時最大的炮兵編製）。
胡宗南坐擁國軍最好的裝備，用三個軍七個師與日軍已經血戰數次的兩個師團激戰20多天竟然還占下風，最後丟了信陽，李宗仁曾“電令胡宗南自信陽南撤，據守桐柏山、平靖關，以掩護鄂東大軍向西撤退。然胡氏不聽命令，竟將其全軍7個師向西移動，退保南陽，以致平漢路正麵門戶洞開。武漢會戰打到了10月中旬後，全線潰敗。
武漢外圍要點盡失，更重要的戰略決策失敗，蔣介石沒想到這時日軍竟然還能分兵在廣東登陸，並很快於21日占領華南重要港口廣州。
青島、上海等地陷落後，廣州就成了中國最重要的港口了，但與它的重要性相比，防守卻顯得很鬆懈，粵軍竟然被抽調半數去參加武漢會戰。誰知在武漢會戰國軍頑強抵抗，使得戰局進展緩慢，日軍大本營等不及了，迅速抽調三個師組成21軍，由古莊幹郎大將統領，在海軍第5艦隊司令長官鹽澤幸一支援下，奇襲廣州。
廣東這邊到是聽到一點風聲，廣東省長吳鐵城還向重慶作了報告，可是蔣介石居然以為這是日本人故意製造出來的“假”情報，試圖讓國軍從武漢戰場抽出兵力支援廣東。不給增加兵力也就算了，蔣介石竟然還發報讓餘漢謀再調一個師去武漢戰場。
10月11晚，日軍7萬多人，2.7萬匹馬在廣州大亞灣登陸成功，一路勢如破竹，連下淡水、惠州、博羅和增城，21日已經攻到廣州近郊。
餘漢謀的12集團軍僅僅10天就被日軍打敗，乃下令廣州守軍撤退，廣州於21日下午淪陷。
廣州一失，粵漢鐵路被切斷，武漢就更不值得用重兵防守了，麵對這種情況，蔣介石又吸取南京保衛戰的教訓，不做孤城困守，決定放棄武漢，10月25日棄守該城。
日軍26日占領武昌、漢口。27日，占領漢陽，武漢保衛戰至此結束。
為保衛武漢，國民政府重新劃分戰區，製定戰略防禦部署，將重點放在武漢外圍，從6月到10月底同日軍展開了一係列英勇的防禦作戰，使敵在推進途中付出重大代價。在長江北岸，日軍在田家鎮要塞攻防戰中“戰死287人（內軍官7），負傷866人（內軍官15人），合計1150人，預料還要增加”。在長江南岸，在江西馬頭鎮要塞，中國守軍與敵惡戰8晝夜，予敵大量殺傷。
在富池口（今陽新富池鎮）要塞同日軍血戰近10天，多次擊退日軍進攻，最後，無恥的日寇竟向國軍施放毒氣才占領。在廬山南北，國軍與敵展開激戰，取得萬家嶺大捷，斃敵3000人，傷敵更多，俘虜30多人，繳獲輕重機槍50多挺、步槍1000多支，軍馬100餘匹。在大別山地區，國軍在富金山高地頑強阻擊日軍，予敵重創，殲敵1000餘人，使日軍每個連平均減員到40人，營長一級的軍官也多有傷亡。同時，國軍利用大別山的險峻地形，巧妙阻擊日軍，激戰1個多月，致使日軍付出了戰死1000人，傷約3400人的代價才得以突破。在河南信陽，國軍持續阻擊日軍，殲敵2600人。
武漢會戰期間，中國空軍和海軍也積極參與了作戰。在蘇聯航空誌願大隊的配合下，中國空軍鏖戰長空，與日軍航空兵空中大戰7次，擊毀日機78架，炸沉日艦23艘，有力地支援了地麵部隊的作戰。中國海軍在長江上也進行了激烈戰鬥，在沿江要塞布置水雷，設置海岸炮，並擊沉日艦多艘，有力遲滯了日艦沿江進攻，取得了戰略上的成功。
由於國軍各處頑強、持續的阻擊，各路日軍在付出慘重代價後，遲至10月底才完成由東、南、北對武漢的三麵包圍。然而，國軍從持久抗戰的戰略角度出發，未與敵決戰，而是從武漢地區撤退，保存了有生力量。
武漢會戰曆時4個半月，以國軍主動撤出武漢而告結束。就戰役而言，日軍占領了武漢三鎮，並控製了中國的腹心地區，取得了勝利。但就戰略而言，則日本並未能實現其戰略企圖。日本大本營認為“隻要攻占漢口、廣州，就能支配中國”，於是日本禦前會議決定發動武漢會戰，迅速攻占武漢，以迫使中國政府屈服。為此還規定“集中國家力量，以在本年內達到戰爭目的”、“結束對中國的戰爭”。但是，中國政府既未因武漢、廣州的失守而屈服，日本的侵華戰爭也未因日軍占領武漢、廣州而結束。
中國政府在武漢失守後聲明說：“一時之進退變化，絕不能動搖我國抗戰之決心”，“任何城市之得失，絕不能影響於抗戰之全局”。
“更哀戚、更堅忍、更踏實、更刻苦、更猛勇奮進”。武漢會戰，中國開始致力於全麵、持久的抗戰。
在日軍已經占領的後方，大批的抗日人民武裝成長起來，大片的國土又被收複。用日軍自己的話說，日軍占領的“所謂治安恢複地區，實際上僅限於主要交通線兩側數公裏地區之內”。
武漢會戰，不僅使日軍又遭到一次戰略性的失敗，而且成為日本由戰略進攻走向戰略保守的轉折點。主要表現在以下兩個方麵——
日寇的速戰速決的戰略方針被徹底粉碎。由於國軍的堅強抗擊，日本動用了當時能夠集結的最大兵力（用於進攻的編製人員約25萬人，會戰期間曾補充四五次人員，投入的總兵力當在30萬人左右），發揮了陸、海、空裝備上的絕對優勢，苦戰4個半月，不但沒有殲滅國軍的主力部隊，沒有使國軍的抗戰意誌和戰鬥力有所減退，反而使日軍的有生力量遭到了嚴重的打擊。