由于中国军队的持久坚韧抵抗，日本的侵华战争不仅未能速战速决，而且越来越长期化。日本尽管扶植了汪精卫傀儡政权，但它妄图以军事武力迫使中国国民政府屈服，从而结束“中国事变”，更变得遥遥无期。日军在中国战场泥足深陷，不能自拔，于是从“南进”发动太平洋战争寻求出路。
日本既定的对外侵略扩张步骤是从征服满蒙到征服中国，再征服世界。日本的再扩张侵略有北进（进攻西伯利亚，与苏俄开战）和南进（进攻东南亚、太平洋，与美英开战）两条路线，但对南进、北进孰先孰后，则有不同主张。日本曾于1938年、1939年先后发起过对苏联的张鼓峰之战和诺门坎之战。这是北进的试探，但都败于苏军手下。日本慑于苏联远东军的威力，始终将战力较强的、庞大的关东军留驻于中国东北地区，不敢开入关内作战。苏联亦借支援中国抗日，牵制日本，以保其远东安全。
日本欲南进，又担心将与英、法、美开战。但1940年纳粹德国向荷兰、法国、英国进攻后，英法苦于在欧洲招架，将无力在亚洲抗击日本，日本认为这是南进的良机。1940年7月，日本第二次近卫文麿内阁成立，东条英机任陆相，松冈洋右任外相兼拓务相。日本公然提出建设“大东亚秩序”（共荣圈），其范围除包括日、“满”、华外，还包括南方各地域（东南亚、印度、大洋洲）。
日本在对中国进行军事进攻、加强战略轰炸和沿海封锁、企图摧毁中国抗战意志的同时，积极准备南进，加紧编组、训练南进部队，制订南进作战计划。1940年9月23日，日军进入印度支那北部（今越南），跨出其南进的第一步。
美英出于“先欧后亚”战略，尽力避免与日军在太平洋交手。1941年，美国与日本多次谈判，企图阻止日本南进。6月22日，德苏战争爆发，日本最终确定了南进方针。10月18日，东条英机组阁，决心对美开战。太平洋战争终于爆发。
太平洋战争爆发后，中日战争与第二次世界大战直接融为一体，中国与美、英、苏结盟，共同对日、德、意宣战。中国抗日战争从此摆脱了孤军对日作战的境地。但由于美英实行“先欧后亚”方针，未能大力援华作战，中国的对日作战仍很艰难。加以日本进攻缅甸和滇西，中国不得不抽调精锐之师至滇缅战场作战，中国除原先东线战场作战外，又增加了西南战线的对日作战。中国处于腹背受敌的境地。
抗日战争后期，中国军队的装备和战力仍比日军差，但依靠英勇顽强的拼斗，在浙赣、鄂西、常德诸役中基本上击退了日军攻势，大致恢复战役前的态势。至1944年，日军投入远比参加武汉会战更多的兵力，发动打通大陆交通线的“一号作战”，对平汉路南段、粤汉路中段、湘桂路、桂黔路进行大规模进攻。中国军队虽英勇抗击，但仍丧失了豫湘桂地区的重要城市和交通线。中国战场出现了黎明前的黑暗。但同年，中国远征军在缅北滇西反攻作战取得了完全的胜利。
这一时期，中国共产党领导的敌后根据地度过最困难的阶段，得到了恢复和发展，武装力量更为壮大。而敌后国民政府军除鄂豫皖地区外，均呈萎缩衰败。
抗战后期，中国空军得到美国的航空援助，与美国空军并肩对日作战，夺得了制空权。日军虽竭力摧毁中美空军的基地，但并未能减弱中美空军对它的打击。