就在黃鳥的情報發回武漢后的半個月，武漢戰斗打響了。
從6月到10月底，中國守軍同日軍展開了一系列英勇的防御作戰，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（軍官7），負傷866人（軍官15人），合計1150人。”
在長江南岸，中國守軍在江西馬頭鎮要塞，與敵惡戰8晝夜，予敵大量殺傷。
在富池口要塞，中國守軍同日軍血戰近10天，多次擊退日軍進攻，最后，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多枝，軍馬100余匹。
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余人。
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。
在蘇聯航空志愿大隊的配合下，中國空軍與日軍航空兵空中大戰7次，擊毀日機78架，炸沉日艦23艘，有力地支援了地面部隊的作戰。
中國海軍在長江上也進行了激烈戰斗，在沿江要塞布置水雷，設置海岸炮，并擊沉日艦多艘，有力遲滯了日艦沿江進攻，取得了戰略上的成功。
由于國軍各處頑強、持續的阻擊，各路日軍在付出慘重代價后，遲至10月底才完成由東、南、北對武漢的三面包圍。
就在國軍與日軍在武漢戰場上陷入膠著狀況時，一條壞消息飛到了武漢。
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。
余漢謀的12集團軍僅僅10天就被日軍打敗，乃下令廣州守軍撤退，廣州于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，面對這種情況，老頭子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日國軍棄守武漢。
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。
由于國軍的堅強抗擊，日本動用了當時能夠集結的最大兵力（用于進攻的編制人員約25萬人，會戰期間曾補充四五次人員，投入的總兵力在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志和戰斗力有所減退，反而使日軍的有生力量遭到了嚴重的打擊。
國民政府軍事委員會軍令部根據各部隊戰斗詳報統計的日軍傷亡人數為25.6萬人（水份太多）。
武漢會戰以后，本來就感兵力不足的日軍，隨著戰線的延長，兵力益發感到不足，無力再組織像淞滬、徐州和武漢會戰這樣大規模的、以攻城略地為目標的戰略進攻，而被迫轉為戰略保守。
這就使中國的抗戰由戰略防御階段發展為戰略相持階段，日本侵略軍則陷入了它自身所最不愿意進行的持久戰的泥淖之中，無法自拔，從而導致日本侵華政策的轉變：由軍事打擊為主、政治誘降為輔，改為以政治誘降為主、軍事打擊為輔。
在重慶，老頭子當著軍事委員會的將軍們說了一段話：
“拿到了日軍的情報，我們也相應地布置了迎戰。本來應該取勝，但是卻失守武漢，這是國軍的一些人在起反作用。”
會上，大家分析了武漢會戰失敗的原因。
陳誠說：“王陵基軍團及第三十軍團孫渡、張沖兩軍，均因素質太差，甫經接觸即潰不成軍;而滇軍盧漢所部，未經接觸，僅聞敵機之聲亦即潰散——以致連累素質較優的部隊也無法達成任務，而造成全盤的失敗”。
有一位上將說：“在馬當要塞被圍之時，海軍陸戰隊2大隊隊長鮑長義率全隊頑強阻擊，并向上級請求增援，白崇禧（兵團級）命令167師師長薛蔚英率部增援，而16軍軍長李韞珩在接到消息后卻指示其沿小路行進，出于對白崇禧雜牌軍的不屑，薛蔚英選擇走小路。最終，由于救援不力，長山失守、馬當防線一觸即潰，被蔣介石寄予厚望的馬當要塞在一周內土崩瓦解。
如果薛蔚英按照兵團命令沿大路快速挺進，及時增援，牢固的馬當防線不會那么輕易就落入敵手，日軍的戰艦就不可能沿長江繼續西進，那么日軍沿長江兩岸作戰的計劃就會受到很大阻礙，這對整個武漢會戰的戰局都有至關重要的影響。”
一位空軍將軍說：“在長山戰役中，我國空軍曾多次向長江中的敵艦投彈，以減輕其受到的炮火壓力，然而每次飛機來臨之前，敵艦火炮停止向長山陣地射擊，（轉將炮口調上），我機一到，就全力射擊我空軍，我空軍只有急忙投彈后飛去。而我軍飛機增援的情況連陣前的指揮官之前都不知曉，敵人卻能未卜先知地提前調高炮位。”
一位上將目光不善地看著戴笠與徐恩。
“國軍到達彭澤縣流泗橋附近，將近中午，敵機三架前來襲擊彭澤縣。當時發現有一人身穿白色衣服，在崗上喊叫。
很快一個軍用倉庫被敵機炸毀，軍官很奇怪，即派一名排長帶一班人去察看。原來高崗附近有一個防空掩體，內藏有三名漢奸，并備有收發機一部。請問軍統中統的職責是什么，為什么讓漢奸日特給日軍報信？”
就連李宗仁也說了話：“我在后期指揮部隊撤退中，有一次來到花園以西的陳店村，當晚幕僚報告從花園附近向包圍圈外撤退的第68軍失去聯系。當晚，我焦慮不安，既擔心第68
軍的情況，也擔心敵人的突襲。當時我手下并沒有多少護衛軍，只是司令部的工作人員和少量護衛。到半夜，我的第六感感到危險，半夜叫醒手下，連夜向西撤退。出村后2小時，敵人1000余騎騎兵沖進了陳店村……”
眾人一齊看向了軍統與中統的人。
戴笠與徐恩的頭塞到了褲襠去了……
這次的分析會的情況，很快傳了出來。
曹寧在上海看到了報紙，嘆息一聲。這樣的軍隊，能守住武漢才怪。
