1931年9月18日，日本借故冲突，占领中国东北，史称“九一八事变”。接着，日本不断以军事演习挑衅，企图继续侵略中国华北。国民政府秉持“先安内后攘外”原则，避免与日本冲突扩大，尽量以谈判和解取代武装对立。这样的假性和平，维持了六年。终于，1937年7月7日晚，日本中国驻屯军在北平西南方的卢沟桥头军事演习，借口一名士兵失踪，要求进入宛平城搜查，遭驻守的中国军队拒绝。午夜，日军向宛平城发动攻击。第29军219团团长吉星文全力反击。原本宁静的卢沟桥，一夕之间，烽火漫天，史称“卢沟桥事变”，揭开了中国抗日战争序幕。
7月11日，东京五相会议决议，从东北以及朝鲜调派三个师团、十八个飞行中队增兵华北，加上原本的中国驻屯军，日军已多达18万人。中国守军以第29军为主力，不过10万兵力，难敌日军。民间自组游击队抗日，但装备武器缺乏，往往穿着草鞋、提着大刀就上战场。
7月17日，日本五相会议再决议，动员40万部队侵华。面临大军压境，国民政府军事委员会委员长蒋介石在江西庐山发表了著名的“最后关头”演说，内容提到：“最后关头一到，我们只有牺牲到底，抗战到底，地无分东西南北，年不分男女老幼，皆有守土抗战之责。”
蒋介石要求第29军死守北平，同时也派了四个师进驻河北协防。1937年7月18日至21日，日军集中火力，天天炮轰宛平城。日军一路从北方南下进攻北苑，另一路从塘沽进攻天津，再北上进攻廊坊、南苑。北平被南北夹攻，岌岌可危。28日，日军攻占南苑，国军第29军副军长佟麟阁与132师师长赵登禹阵亡。7月29日，建都八百多年的历史文化古城北平遭日军攻陷。隔天，天津也沦陷。7月31日，蒋介石在南京发表《告抗战全体将士书》，主张“和平绝望，只有抗战到底”。
日军拿下平、津之后，兵分两路，一路沿着平汉铁路（北平-汉口）南下，一路循平绥铁路（北平-包头）西进。正当日军长驱直入，华北战局紧张之际，日本却在更南方的上海挑起了战端。
几个星期就拿下平、津，让日本觉得中国不堪一击，于是借口保护上海的日本侨民，在江湾一带军事演习，伺机挑衅。
8月9日，日本海军陆战队中尉大山勇夫，带着士兵闯入虹桥机场，其中两人被中国保安队击毙，这让日本有了进攻上海的理由。日军军舰以及陆战队进驻长江下游各港口。
原本日军高级将领开军事会议时，个个面带笑容，谈笑风生，以为又可以不用打仗就拿下上海。没想到，中国这次不同了，不再谈判寻求和解。淞沪会战，全面反击，国民政府还发表《自卫抗战声明书》。
1930年代，国民政府向德国购买大批武器装备，并聘请德国军事顾问整军经武。“淞沪会战”之初，靠的就是88、87、36师与教导总队这四支德式装备队伍。
88师抢占持志大学（今上海外国语大学）、八字桥等重要据点；87师则进攻沪江大学（今上海理工大学），控制北面的黄浦江沿岸。
空军部分，国民政府军先以向美、苏、意购买的各式飞机轰炸日本海军陆战队司令部，日军旗舰“出云号”也受到了重创。日本则是派遣18架九六式轰炸机，从台北松山机场起飞，对杭州笕桥空军基地及安徽广德机场展开反击，迫使驻守笕桥的四大队紧急升空迎战，形成了著名的“笕桥空战”。
“笕桥空战”历时短短30分钟，日方18架飞机有13架被击落，中国空军则是全机平安返航，打下了抗战第一场胜利。当时担任中国航空委员会秘书长的宋美龄，对空军的表现赞誉有加。
“淞沪会战”长达三个月。初期，日军损失惨重。8月19日，日本任命松井石根大将为总司令，出动船舰130多艘、飞机400多架、战车300多辆，共计30万人部队，对上冯玉祥领军，下辖陈诚的左翼、张治中的中央、张发奎的右翼，超过70个师，约70万的中国大军。日本宣称“三月亡华”，盘算占领上海只需一个月。8月28日，日军轰炸上海，“十里洋场”顿时变成十里火海。上海居民往租界逃命，街头挤满逃难的人潮，进不了租界的就难逃战火了。
日军也轰炸火车站，沪杭甬铁路的起点——上海南站，数百名旅客死在月台上。美国知名的《生活》周刊，刊登了赫斯特新闻社记者王小亭所拍，名为“中国娃娃”的照片，轰动国际，就是在这里拍摄的。
8月下旬，大批的日军从吴淞口到浏河口一带登陆，双方激战两个多月，日军甚至施放毒气。阵亡的国军不计其数，临时组成的战地医院更是人满为患。
第三战区司令官冯玉祥曾在战区军事会议上形容：“我们的部队，每天一个师一个师投入战场，不到三个小时就死了一半。这个战场就像大熔炉一般，填进去就熔化了。”当时担任第五战区司令官的李宗仁，也在回忆录里提到：“淞沪会战，简直是用我们的血肉之躯来填敌人的火海。”
10月下旬，国军终究不敌日军，开始撤退。10月27日，88师留下262旅524团的部分兵力，由团附谢晋元指挥，镇守“四行仓库”，掩护主力部队撤退。虽然只留下不到一个团的兵力，但为了壮大声势，还是对外宣称留下了整个团“八百壮士”。
四行仓库位在苏州河北岸，原本是金城、中南、大陆、盐业四家银行的联合仓库。在一江之隔，租界里的外国人隔岸观火，还目睹了“八百壮士”浴血奋战过程。
“八百壮士”的事迹轰动海外国际，上海民众冒死运送物资进四行仓库，其中最具代表性的，就是女童军杨惠敏，带着一面国旗，泳渡苏州河，送进四行仓库，振奋人心。
“八百壮士”与日军激战四天四夜，牺牲了30多人，完成了掩护主力部队撤退的任务之后，在10月31日凌晨，奉命撤退到公共租界。这段故事立即被编写成著名的抗战歌曲《中国不会亡》（中国不会亡，中国不会亡，你看那民族英雄谢团长。中国不会亡，中国不会亡，你看那八百壮士孤军奋守东战场……）。
“淞沪会战”从1937年8月打到11月，足足打了三个月，日军才真正攻下上海。尽管30万日军不过损伤4万，而中国70万大军折损了18万，牺牲惨重，但这一役粉碎了日本以三个月亡华的美梦。
上海之后，日军下一个目标是首都南京。1937年11月20日，国民政府将中央机关迁往重庆。12月1日，日军兵分两路围攻南京。因“淞沪会战”折损严重的中国部队根本不是日军的对手，10万中国军与30万日军交战两个星期就仓皇撤退了。12月13日，日军进占南京，中国首都沦陷。接下来，日军发动了为期一个半月的“南京大屠杀”，枪决、活埋手无寸铁的平民百姓，手段极为残暴，目的是逼迫中国当局投降。
日军甚至发起了杀人竞赛，当时东京《日日新闻》刊登了一张日本军官的合照，左边是炮兵小队长向井敏明，右边是16师团副官野田毅。向井敏明杀了106人，野田毅杀了105人，他们朝150人为目标迈进。
下令日军暴行的是中支那方面军司令官松井石根大将、上海派遣军司令官朝香宫鸠彦亲王、第十军司令官柳川平助、第六师团师团长谷寿夫。谷寿夫推进南京时收到军令：“不论妇女儿童，凡中国人一概都杀，房屋全部放火焚烧。”
南京的民房以及店铺都遭到焚毁，连宗教寺院和慈善机构都无以幸免。惨绝人寰的行为，还包括奸淫妇女。战后国际法庭调查，日军入侵南京的一个月中，发生了两万起强奸案件。
当时一名日本兵还拍下了屠杀过程，到南京金陵照相馆冲洗底片时，被照相馆的员工偷加洗了16张。这些照片成了战后审判日本战犯的有力证据。
这一场大屠杀，夺走了至少30万中国人的性命，激化了中国军民抗日情绪。但经历了“淞沪会战”与“南京保卫战”，中国的军事实力大减，后勤补给能力也不足。于是，国民政府决策“以空间换取时间”，将东半部的工业与经济全部撤往重庆，改以西南方为长期抗战的根据地。
全国近3000万民众展开大迁徙，从东半部各省往西走，能带走的绝不留下。不论是机械、书籍、粮食、医疗器材，用卡车载、用牛车拖，甚至扛着走。每一条东西向的河流，一艘艘的船逆流而上，目的地就是重庆。火车也班班满载，各线最后一班火车离开后，铁轨立刻拆走，避免为日军所利用。
中国全力撤往西南，日本也加快步调，串联华东、华北两战场，进攻徐州。可是日军却在徐州这一仗吃足了苦头。初期，日军兵分三路：一路循津浦铁路（天津-南京浦口）北上，遭遇桂军李品先的第11集团军和廖磊的第21集团军等部队，双方僵持在蚌埠；另外一路日军从青岛登陆，在临沂被西北军孙桐萱的第3集团军、孙震的第22集团军击退；第三路日军沿津浦线南下，川军死守滕县三天三夜，整个122师官兵战死沙场。3月份，会战进入第二阶段。日军准备直取徐州东北方的门户——台儿庄，却在临沂遭到庞炳勋的第40军和张自忠的第59军的顽强抵抗。日军攻下滕县后，直攻台儿庄，与守军池峰城的31师血战十天。国军派遣汤恩伯的第20军团与孙桐萱的第3集团军两面包夹，日军陷入重围，竟致溃不成军。
台儿庄败给中国杂牌军，日军视为奇耻大辱。1938年4月中旬，日军集合华北以及华中30万兵力，兵分六路进攻徐州。双方激战一个月，5月15日，国军为了保存战力，决定撤守至河南东部及安徽北部。四天后，徐州就沦陷了。
国军每撤守一个城市，都会把道路、桥梁炸毁，工厂烧掉，执行“焦土政策”。其中最著名的就是1938年6月7日，蒋介石下令炸毁花园口黄河堤岸，借花园口决堤的洪水来阻拦日军进兵郑州，也阻断了日军沿陇海铁路（兰州-连云港）西进的路线。虽然成功拦阻了敌人，但也付出了惨痛的代价，近90万人被洪水淹死，超过400万人无家可归。
中国用“焦土政策”延长战线，拖住日军进攻的速度。同时也积极争取外援，获得邻国苏联的支持。
苏联在1937年“卢沟桥事变”之后，与中国签订了互不侵犯条约。其中就附带军事援助计划，不仅军售中国飞机，还派飞行员协助中国抗日，名为“苏联志愿航空队”，撑起了中国对日抗战头三年的空中战力。
国民政府从南京迁往重庆后，武汉成为中国的新军政中心。日本担心百万日军困在中国战场，拖累了日本国内的经济，又担心苏联的势力范围扩大，于是决定倾全力进攻武汉。
1938年6月11日，日军以华中派遣军为主力，30万人进攻武汉。中国方面则是以李宗仁、白崇禧的第五战区以及陈诚、薛岳的第九战区，共计60万大军应战。战斗范围扩及安徽、江西、湖北、河南四个省份。
日本空军也在武汉上空与苏联志愿航空队发生多次空战，双方牺牲惨重。而日军为了切断中国南方的补给线，还调派部分兵力攻占广州。
日军一波波的进攻，武汉守军伤亡惨重，防线一再被攻破。力守四个半月后，终究不敌日军狂轰猛炸，10月25日撤出武汉。
国军在“武汉会战”损失近60万人，日军也折损将近10万精锐部队。双方投入的兵力之多、战线之长、时间之久，都是抗战最大规模的会战。但中国在“武汉会战”争取到的时间，也足以让机械设备及人员撤往重庆、昆明等西南方城市。日军也因为长期战斗，兵困马乏，必须休整。中日双方进入相持阶段。
日本拿下武汉之后，连续在江西、湖北、湖南等地发动多起会战，企图歼灭中国在武汉周遭的战力。先是1939年3月17日攻打武汉东南方的江西省会南昌，与中国第九战区的薛岳部队激战十多天后才攻下南昌。4月30日，日军又在湖北境内发动“随枣会战”，与中国第五战区的李宗仁部队交战，双方一路打到5月23日，中方损伤近2万人，日军也损伤13000人，不得已向东南方退回武汉。此后，中日双方陷入对峙。直到1939年9月1日，德国进攻波兰。9月3日，英、法对德宣战，第二次世界大战欧洲战场爆发，日本更急于解决中国问题，锁定鱼米之乡——湖南省第一大城市长沙。
当时驻守长沙的，是第九战区司令官薛岳。薛岳坚持力守长沙，但蒋介石主张保存实力，不做无谓牺牲，还特地派了陈诚与白崇禧两位一级上将到长沙劝薛岳弃守。最后，坚持死守长沙的薛岳说服了蒋介石，在长沙与日军决一死战。
1939年9月14日，“长沙会战”开打，日军10万兵力分三路，从赣北、湘北及鄂南向长沙进攻。薛岳率领第九战区20万兵力应战。双方一路从新墙河打到汨罗江，再从汨罗江打到捞刀河，三路日军都被中国军队击退。双方战至10月7日，中国方面伤亡近4万人，日军也损伤2万人，然后紧急向北方撤退。
接下来，日军改变战线，调派陆军第五师团南下，配合台湾混成旅团及海军第五舰队，在1939年11月9日，改从广东钦县（今广西钦州）登陆，攻打广西南宁，目的是要切断南宁到越南河内的交通线。
这场“桂南会战”持续了一年。会战期间，日军还分兵进攻中南半岛，切断了中国两条重要的联外交通道路——滇越铁路、滇缅公路。
日军一方面在中国内陆进攻，一方面阻断了所有中国对外的海路、陆路管道，导致中国民生财政困顿。
日本也对国民政府所在地——陪都重庆发动了长期的大轰炸，想要彻底摧毁中国的抗战意志。
1937年底，中央政府迁至重庆，将重庆定为战时陪都。来自上海、江苏、浙江、湖南、湖北、安徽等长江中下游省份，上百万移民涌进重庆。上万家企业工厂也搬到重庆。中央银行在重庆发行法定货币，实施战时税制。全国有六十多家中等以上学校搬到重庆，包含复旦、沪江、交通、中央等三十多家大学也在重庆复课。武汉沦陷之后，重庆成为全国政治、军事、经济、文化中心。
1939年一整年，日军共出动一万四千多架次的飞机，对重庆地区投下超过六万颗炸弹，造成两万八千多人死亡，三万一千多人受伤，有将近一万五千栋房屋被炸毁。1940年7月28日，日本陆军、海军联合启动“101号作战”，密集轰炸重庆市区，单是8月19日一天，就出动了140架轰炸机，炸毁了两千多户民宅。“101号作战”共计出动了四千四百多架次，投下了超过一万五千枚炸弹。躲警报、跑防空洞，对重庆人来讲，早已成为家常便饭。
面对日军的疲劳轰炸，重庆国民政府也早有准备，将重庆市郊的工厂地下化，武器弹药的生产进度不受空袭影响。而重庆以外的各战区部队，则是积极招募“新血”。西北招募来的新兵穿着厚重棉袄、戴着毛帽；南方的新兵则是薄衫背心。他们服装不同、生活习惯不同、口音也不同，从基础的单兵教练开始，一个个平民百姓渐渐被训练成能够上场杀敌的士兵。不过也有不少人是被强迫进入军队的。
不仅是男性当兵，女性也纷纷加入后勤单位，组成医疗团队，照顾伤兵。一针一线缝制军服、军裤，提供前线将士后勤支援。
在日本占领的华中、华北区域，也有民众组成游击队，伺机突袭日军。前一刻还是农夫，下一秒可能就拿起枪，变成了军人，不断地在敌后骚扰日军。只要日军一展开反击，游击队立刻回归农民身份，隐身在村庄之中。日军虽然占领了重要的城市跟铁路要道，但只控制了“点”跟“线”，无法全“面”占据中国广大领土，所以就给了游击部队生存空间。发展游击部队最成功的，就是中国共产党，其在敌后给予日军极大的压力。
1940年9月27日，德国、日本、意大利三个国家在柏林签署《德意日三国同盟条约》，成立一个以柏林、罗马、东京为轴心的军事集团——轴心国。三国协议，未来十年，相互合作，建立世界新秩序，达到德日瓜分亚洲与北美洲、德意瓜分欧洲与非洲的计划。
轴心国成立后，美国、英国对中国渐渐友好，支持中国对抗日本。尤其英国，为了维护其在亚洲的利益，万不容许中国向日本投降，危及他们的殖民地。于是，1940年10月，英国打开了三个月前才被其封锁的滇缅公路，让物资得以进出中国。中国就靠这条滇缅公路输出桐油，才得以向美国借到2500万美元。接下来，美国也在1941年3月通过了《租借法案》，让金援、军援中国等国家有了法源依据。同时这段时间，日本仍持续以军事力量压迫中国，针对李宗仁的第五战区、薛岳的第九战区、卫立煌的第一战区，发起了三次会战，但都不足以动摇中国的抗战意志。
1941年6月22日，德国进攻苏联。苏联为了应付欧洲战场，加上已经与日本签订了中立协定，所以中止了援华志愿航空队。这时，中国透过来华当空军顾问的美国退役飞官陈纳德，向美国积极争取购买到一百架战斗机。
1941年8月1日，中国空军美国志愿大队在云南垒允成军，由陈纳德上校担任大队长，飞行员则来自美军退役飞官。美方也允许现役的飞官退出海军航空队，加入援华志愿航空队。
美国除了在军事上实质援助中国外，也联合了英国与荷兰对日本展开石油、铁矿的禁运等制裁措施。
面对美、英等国的制裁，日本与美国展开谈判，一方面希望与美国签订中立条约，一方面推销大东亚共荣圈的概念，唆使美国逼中国走上谈判桌，但卡在满洲国的主权争议及日军是否该从中国领土撤兵等问题上，谈判一直没有进展。因此，日本继续同步以武力对付中国。
1941年9月7日，日军发动第二次“长沙会战”，阿南惟几指挥的第11军集结了四个师团约12万人，从宜昌南下，集中力量向长沙进攻。第九战区司令薛岳以13个军17万人的兵力正面迎战。第五战区与第六战区也加入了战场的协防。中日双方激战一个月结束，中方称日军损伤了4万多人，尸横遍野，仓皇退却。日军则是声称歼灭中国5万多人，是战略退守。
日本原本想借第二次“长沙会战”给予谈判桌上的美方压力，没想到失败收场。美、英加强了对日本石油与铁矿的禁运，美国还强力要求日本从越南撤军。几重压力之下，1941年10月16日，日本首相近卫文麿辞职下台。两天后，关东军出身的陆相东条英机接任首相。11月1日，日本国内召开了一场长达十七个小时的联席会议，最后决议，攻击美国在夏威夷欧胡岛上的太平洋军事基地——珍珠港。
1941年，美国时间12月7日清晨开始，日本海军出动6艘航空母舰、300多架飞机突袭珍珠港。美军战舰、巡洋舰与驱逐舰共计14艘被击沉或重创，同时有188架飞机被炸毁，超过3600人伤亡，迫使12月8日美国对日本宣战，加入同盟国。中国也顺势在9日向日本宣战，加入同盟国。12月10日，中国也向德国、意大利宣战。中国独立抗战至此已经撑了四年半，终于有了盟友。蒋介石也由盟军推举为中国战区最高统帅。
日本偷袭珍珠港之后，加速了东南亚战事。12月8日，登陆马来半岛，9日占领曼谷，10日英国停在马来半岛外海的两艘主力巡洋舰也被日军击沉。1941年12月13日，日军拿下九龙，准备向香港进攻。12月25日圣诞节当天，日军占领香港。砂拉越的古晋也在同一天被占领，成为日本的圣诞礼物。日军的攻势延续到隔年，1942年元旦，从台湾高雄南下的日军攻陷了菲律宾马尼拉。18日，两路进攻印尼首府雅加达。2月15日则是攻下了英国远东军司令部所在地——新加坡。日军势如破竹的攻势，英、美、荷看似毫无招架之力，但在这些东南亚国家连吃败仗的期间，中国却在第三次“长沙会战”时拿下了重要的一场胜仗。
1941年12月24日，日本阿南惟几的第11军再度向长沙发动攻击。日军3、6、40师团向南进攻，当日军越过新墙河时，日本在南边已经拿下了香港，牵制中国军队的因素已经消失。但是阿南惟几想要报复前次会战失败之仇，执意往南推进。
反观中国第九战区薛岳的部队，不与日军硬拼，顺势退到山区，从新墙河到汨罗江，再到捞刀河与浏河。这一路上几乎没有阻碍，日军顺利推进到长沙的大门口。薛岳以前两次长沙会战的经验，设计出一套“天炉战法”，也就是利用江川地形诱敌深入，等到日军集中到长沙后，再从岳麓山上开炮攻击。日军这时向后撤退也为时已晚，之前退避山中的中国部队再下山给予日军拦腰痛击，并截断日军的后勤补给，就像一个炉子一般。
阿南惟几的部队陷在浏河与新墙河之间，任人宰割了十几天，直到1942年1月16日才突围退回了新墙河以北。日军12万部队死伤超过4万，中国军队则是以两万八千多人的伤亡代价赢得了第三次“长沙会战”。
“长沙大捷”在“珍珠港事件”之后显得意义重大。美国总统罗斯福说：“盟军的胜利，全赖长沙大捷。”英国《泰晤士报》的社论标题“这是同盟军决定性的胜利”。伦敦《每日电讯报》更是以“远东阴雾密布中，唯见长沙上空云彩光耀夺目”如此这般绚丽的文字来赞赏中国军队对盟军做出的贡献。
“珍珠港事件”后，第三次“长沙大捷”让中国军队在国际上扬眉吐气。
空战方面，美国退役飞官陈纳德所领军的中国空军美国志愿大队也交出了漂亮的成绩单。1941年12月20日，10架日本战机从越南河内机场起飞，准备空袭云南昆明。陈纳德下令志愿队升空拦截，打了一场9比0的胜仗。12月23日，志愿队也在缅甸仰光上空打出一波24比2的成绩。
昆明因为地处内陆，民众没见过鲨鱼，于是把P-40战机上的鲨鱼涂装当成了老虎。美国志愿大队因此得到“飞虎队”的称号，指挥官陈纳德也成了中国人的英雄。
中国担心美国飞行员言语不通，航空委员会为“飞虎队”也制作了一面“血幅”，上面写着“来华助战洋人，军民一体救护”，让飞行员随身携带，或是缝在飞行夹克上。
从1941年底，英、美对日宣战以来，七个月内，“飞虎队”共与日军作战31次，击落日机217架，自己损失了73架。
1942年7月4日，隶属中国的美国志愿航空队功成身退，改由美军第10航空军成立一支“驻华航空特遣队”，陈纳德也恢复了美军现役，并升为准将，继续担任指挥官，负责中、缅、印的空防。
中国加入同盟国之后，必须支援盟军作战。1942年2月15日，日军攻占新加坡，缅甸受到立即威胁，英军请求中国军队支援。中国组织了第5军、第6军、第66军及第36师，共计10万人的远征军，一方面协助盟军协防缅甸，一方面也希望守住滇缅公路。但是，中国远征军必须听命于美国派来的指挥官——史迪威。
史迪威曾在1935年到1939年被派驻中国担任武官，对中国事务非常熟悉，但缺乏作战经验。1942年2月，史迪威到重庆履新，美国给他的头衔，除了中国战区参谋长外，还有美军司令官、对华租借总管等重要职务。
史迪威指挥中国远征军在缅甸作战。1942年3月8日，日军攻占缅甸仰光之后，继续北上进攻。1942年3月中旬起，与中国远征军在缅甸同古交战。领导中国远征军的史迪威无视蒋介石的建议，没有将主力部队固守曼德勒，加上英国部队又没有依照计划从右翼支援，反而退守印度，造成中国远征军孤军奋战，损伤惨重，不得已弃守同古。4月14日，英军受困于仁安羌，却还要求中国军队解围。远征军新38师师长孙立人率兵进城，五天之后，收复了仁安羌，解救了7000多名英军及500多名俘虏、传教士、新闻记者等。之后又因英国情报误判，以及后勤补给中断等因素，让日军连续攻占棠吉、腊戌、密支那等缅北的重要城市，滇缅公路中断。5月份，中国远征军开始撤退，部分撤回云南，部分逃往印度。撤退时，不少部队误入野人山，葬身原始森林中，10万远征军最后只剩4万。
1942年5月，日军占领了缅甸北部，切断了中国对外唯一的陆路交通运输线——滇缅公路。为了保持对国民政府的物资供应持续，美国陆军航空队在7月份开辟了一条空中通道。这条航道从印度阿萨姆邦开始，飞越崇山峻岭，到达中国云南昆明与四川重庆。当时负责载运货物的飞机，因为受限于飞机的性能，只能贴着高山棱线起起伏伏。飞行路径仿佛驼峰，所以称作“驼峰航线”。
美国陆军航空队飞行员称“驼峰航线”为死亡航线，但它却是维系中国存亡的“生命之路”。从1942年7月开始的三年间，“驼峰航线”运送了65万吨各类物资进入中国，但有超过500架飞机坠毁，1500多人丧命。
在昆明驼峰飞行纪念碑上，记载着这么一段文字，“在天气晴朗时，我们可以沿着战友坠机碎片的反光飞行。我们给这条洒满战友飞机残骸的山谷，取了个金属般冰冷的名字——铝古”。
“驼峰航线”冒死运送援华物资，但中国从美国租借法案中得到的美援却远远不及英国。根据战后的统计数字，英联邦所得到的援助总共为300亿美元，占租借总额的60%；中国仅有8.45亿美元，不到英联邦的1/45。
国际民间组织倒是很愿意雪中送炭。1941年2月，美国时代杂志创办人亨利·鲁斯创办了美国援华联合会，整合了大量民间募集的资金，以及医疗、民生必需品，有计划地运往中国。蒋介石的夫人宋美龄与姐姐宋霭龄，为了感谢援华会，在1941年11月，送给纽约市立动物园一对熊猫。这对中国熊猫在美国造成轰动，第一次“熊猫外交”成功打入了美国民心。宋美龄也持续接受外国媒体访问，将中国独立抗战的艰苦传送到国际。
宋美龄1908年11岁时就赴美求学，1917年回国，前后十年的美国求学生涯，练就了一口流利的英文。深谙美国文化的宋美龄，自然成为夫婿蒋介石在外交上的得力助手。
1942年10月，美国总统罗斯福特使威尔基访中，邀约宋美龄到美国巡回演讲。1942年11月18日，宋美龄从重庆出发访美，开启了中国史上首次“夫人外交”。宋美龄访美，为了避开太平洋战火，舍近求远往西飞行，取道非洲埃塞俄比亚、加纳，再到南美洲巴西，最后在11月27日抵达纽约。宋美龄并没有立即展开访问行程，而是秘密在美国疗养治病两个多月。1943年2月，宋美龄结束疗养，展开了正式访问。宋美龄造访的地点有华盛顿、纽约、麻州的卫斯理母校、芝加哥，以及西岸的旧金山、洛杉矶，随后还造访了加拿大首府渥太华。6月29日从纽约离境，结束七个半月的访美行程。经过六天五夜的长途飞行，在7月4日返抵重庆。其中最重要的，就是1943年2月18日，宋美龄在美国国会发表演说。宋美龄所到之处，不仅吸引大批华侨簇拥，连美国民众也争睹风采，甚至有一名乡村妇人寄了一封信给罗斯福夫人，请求转交给宋美龄，里面装了三块美元，是她三个小孩要捐给中国孤儿的一份心意。
1943年3月1日，宋美龄独自登上时代杂志封面，也争取到美国民意的支持，使得美国政府逐渐增加了援华比例。这次访美也促成了11月在埃及举行的“开罗会议”，蒋介石得以与罗斯福、丘吉尔同台。美国政府也顺势在该年年底，废除实行了六十年的《排华法案》，让中国人在美国享有跟欧洲人相同的待遇。
1942年5月，日军长驱直入缅甸，把中国远征军击溃。败战的远征军中，孙立人的新38师和廖耀湘的新22师来到了印度，在印度蓝迦美军训练营接受完整的美式训练与装备，成为精锐部队。另外，重庆国民政府利用“驼峰航线”，将另外三个师的兵力也送进了蓝迦训练营。一年下来，五个师共同成立了“中国驻印军”，指挥官依旧是史迪威。史迪威要用这支部队反攻缅甸，一雪前耻。
1943年3月，孙立人的新38师开进了野人山，掩护中美部队修筑中印公路，等待雨季过后，1943年10月开始反攻缅北。孙立人与廖耀湘的部队连续攻下缅北重要据点，中国驻印军在缅甸奋战，美军在太平洋战场也连传捷报。
1943年年底到1944年年初，美军连续在中太平洋的吉尔伯特群岛、马绍尔群岛等战役中重创日军，扭转了太平洋战场的态势。
然而，日本却在中国陆地上发起了一场大规模的战争，名为“一号作战”，目的就是要建立一条贯穿中国南北的陆运通道。一旦海线被美军阻断，还有陆运可以将南洋物资运送到日本本土。
1944年4月，日军从河南点燃战火，两个月内连下郑州、许昌、洛阳，打通了平汉铁路，下一个目标——湖南长沙。
日军曾在长沙吞下了三次败仗，这回不敢大意，以11军20多万人进攻长沙，围攻“天炉”。从4月27日打到6月18日，这回薛岳输了。日军攻下长沙之后，进逼衡阳。
衡阳位在粤汉（广州-武昌）与湘桂（湖南衡阳-广西凭祥）两条铁路的交汇处，战略位置极为重要。驻守衡阳的是第九战区第10军方先觉的部队。方先觉先将所有居民撤离，然后将重兵摆在南边，设置了机关枪火力网。1944年6月22日开始，日军连续发动好几波攻击，双方僵持了近一个月。日军的伤亡惨重，守军也已弹尽粮绝。蒋介石在7月27日发了一封电报给方先觉，他说：“方军长，守城官兵艰苦与牺牲情形，余已深知。此时只有督率所部，决心死守以待外援之接应。余对督促增援部队之急进，必比弟在城中望援之心更为迫切。弟可体会此意。”
衡阳久攻不下，对日军也造成了很大压力，因为在太平洋战场上，美军太平洋舰队总司令尼米兹已经从中太平洋展开反击，远东军总司令麦克阿瑟也从澳大利亚出发，以“跳岛作战”战术逼近菲律宾海。日本逐步丧失了海上优势，在中国的“一号作战”又困在衡阳动弹不得，逼使日本首相东条英机在1944年7月22日辞职下台，由小矶国昭接任。到了8月，日军集中火力对衡阳发动第三波攻击。8月8日，日军攻进了衡阳，方先觉与日军协议投降。“衡阳保卫战”历时四十七天结束，中国第10军阵亡了四千七百多人，日军则有近两万人死伤。
史迪威在中国战况危机的时候拒绝蒋介石调兵，还透过美国陆军参谋长马歇尔，向总统罗斯福报告，指陈中国战场失利是蒋介石的责任，应该将中国军队的指挥权交给史迪威。罗斯福批准了史迪威的提议，命令蒋介石将指挥权交予史迪威，否则一切后果自负。蒋介石透过美国特使赫尔利，强硬回复了罗斯福：倘若要将指挥权交予史迪威，中国不惜脱离盟国，独自抗日。罗斯福权衡之下，不愿牺牲中国这个盟友，在1944年10月25日，撤换了史迪威。其中国战区参谋长一职由魏德迈接手，结束了两年七个月因史迪威所造成的中美紧张关系。
魏德迈上任后，不顾英国的反对，在1944年年底，强行调派两个精装师，15师与22师，从缅甸战场回防云南昆明。中国驻印军在缅甸持续反攻，拿下了八莫、南坎，与云南打进缅甸的中国远征军在芒友会师，联手收复了腊戌，滇缅公路北段恢复了畅通。加上中印公路在1945年元旦通车，大批的美援物资进入了中国。
美军飞机从航空母舰上、从太平洋的岛屿上、从中国内陆的机场上起飞，轰炸日本本土。根据战后日方的统计，从1944年11月到1945年8月，盟军总计出动了一万七千多架次，投掷在日本本土的各式炸弹超过七万吨。战争至此，日本已从轰炸别人的角色转变成被轰炸者。
1945年2月4日，丘吉尔、罗斯福、斯大林，在苏联克里米亚半岛的雅尔塔市，举行了一场关键性的会议，制定了战后新秩序与列强利益分配的方针。
苏联早在1943年底的德黑兰会议中就已承诺，在对德战争结束后就参加对日作战，条件是要获得库页岛。到了雅尔塔会议，苏联更加码提出参战条件：外蒙古独立、获取中长铁路三十年共管经营权、获得大连和旅顺三十年共同管理权。罗斯福与丘吉尔为求早日收拾日本，竟然背着中国答应了斯大林。
1945年4月12日，罗斯福总统病逝，副总统杜鲁门上台。4月30日，苏联红军开进了柏林，希特勒举枪自尽。5月8日，德国投降，欧洲战场结束。这时美国强力催促中国就外蒙古独立等问题与苏联谈判，达成了合约。
7月16日，美国在新墨西哥州成功试爆了人类史上的第一颗原子弹。隔天，美、英、苏三国在德国波茨坦举行会议，商讨德国战后处理问题，同时由中、美、英三国发表《波茨坦公告》，要求日本履行开罗会议的决议，无条件投降。日本拒绝接受《波茨坦公告》，美国考量登陆作战会牺牲至少上百万名的陆战队，于是决定使用原子弹。
1945年8月6日，美国在日本广岛投下第一颗原子弹。8月9日，又在日本长崎投下了第二颗原子弹。两颗原子弹共计造成24万日本民众伤亡，对存活的人及环境的后续伤害更是难以估计。1945年8月9日，日本最高战争指挥会议在东京召开，裕仁天皇决议接受《波茨坦公告》，无条件投降。
苏联赶在两颗原子弹中间，于8月8日对日宣战，随即在8月9日出兵中国东北。8月15日，裕仁天皇发布终战诏书，并对全日本人民广播。日本人民听闻，个个跪地掩面痛哭。同一天，中国国民政府主席蒋介石则是在重庆发表了胜利广播。
1945年9月2日，日本东京湾内，聚集了300多艘美、英军舰。同盟国受降仪式在美国“密苏里”号战列舰甲板上举行，日本由外相重光葵代表投降，盟军由统帅麦克阿瑟将军受降。
中国受降仪式则是在1945年9月9日上午9点，在南京陆军总司令部大礼堂举行。日本方面由中国派遣军总司令冈村宁次代表投降。冈村宁次在降书上签字用印，印章都盖歪了。日本参谋长小林浅三郎向中国陆军总司令何应钦将军递交降书。受降典礼仅十分钟。往后一个月内，中国分别在15个受降区接受日本投降，直到1945年10月25日，台北中山堂受降仪式完毕，中日战争到此正式结束。
