1943年底起，世界反法西斯战争发生重大的战略转折：欧洲战场，斯大林格勒大决战中苏联击败了德国，已经转入反攻；太平洋战场上，美国逐岛进攻，步步取得胜利，日本亦从战略攻势转为战略守势。日本已面临太平洋战场对美海空作战的颓势。为确保纵贯中国大陆南北、直通印度支那的交通线，以保持与其南方军的联系，同时为摧毁中美空军基地，以阻止对其本土的空袭，并摧毁中国国民政府继续抗战之意志，侵华日军从1944年春夏起集中强大兵力，发起了对中国平汉铁路南段和粤汉铁路和湘桂铁路沿线的猛烈进攻。日军称这次向豫湘桂地区的大规模进攻为“一号作战”。
一 豫中会战
日军“一号作战”从向河南进攻开始。1944年春，日本华北方面军（司令官冈村宁次）的第12军（内山英太郎）担任平汉路主攻。日军的计划是先打通平汉线，然后向西进攻洛阳。
4月18日拂晓，日军由中牟附近渡河，向郑县、新郑、尉氏、洧川等地突进。李仙洲集团军对日军抵抗，但不敌日军之猛烈攻势，新郑、尉氏、郑县、洧川相继失守。23日，长葛弃守。豫北日军于19日晨向邙山头猛攻，突破河防，分陷广武（郑州西北）、汜水（荥阳西北），22日攻占荥阳。
第一战区副司令长官汤恩伯主张在日军黄河半渡时反击，战区司令长官蒋鼎文主张在密县、禹县与敌决战。汤之建议未行。
攻占荥阳之日军向南与由中牟渡河泛之日军会攻密县，主力西进。24日，密县失陷。25日起，王仲廉集团军之石觉军和马励武军一部反攻密县日军。26日起，李仙洲集团军、王仲廉集团军全面反攻，暂编第23旅袭占尉氏。石觉军、马励武军反攻密县，迫使密县西北地区和嵩山附近的日军改取守势。日军困据密县城。
26日起，日军进攻许昌。守军吕公良师予以痛击。但日军续增，29日增至万余，并辅以大量战车、装甲车。激战至4月30日，吕公良师伤亡惨重。日军冲入许昌城内，守军巷战，当夜突围，吕公良师长殉国。5月1日许昌沦陷。
日军继续南进，攻陷临颍、郾城、漯河。南线日军由信阳北攻，确山、遂平失陷。8日，日军南北会攻，攻陷西平。至此日军打通平汉铁路南段。
日军还向西进攻，追击平汉路西之汤恩伯兵团，陷襄城、郏县、临汝，并绕犯龙门。6日，宝丰、鲁山及登封均陷。
日军图攻洛阳，5月5日起即向龙门、伊川进犯，守军刘戡兵团与张际鹏军浴血苦战，数度击退其攻势，但至7日，被日军猛攻突破。
驻晋南之日军积极配合进攻河南，9日从垣曲强渡黄河，进犯渑池，切断中国军队对洛阳之增援。同日，龙门失陷。日军于13日从东、西、南三面会合于磁涧（洛阳西）地区，洛阳被日军包围，完全孤立。13日，日军分从东面偃师、西面渑池与新安两方面攻洛阳。24日，日军发动总攻，冲入城内，守军进行巷战，血肉拼斗。至25日，守军弹药已罄，忍痛突围。坚持18天的洛阳守卫战至此结束。
日军在围攻洛阳的同时，又分沿嵩（县）卢（氏）道、洛（阳）卢（氏）道和陇海路西进，从14日开始，先后攻陷宜阳、韩城、洛宁、陕县。20日，卢氏弃守。第36集团军总司令李家钰在陕州失陷后率部向西转移过程中受日军包围，中弹牺牲。
为挽回战局，中国统帅部曾于5月18日下令向洛阳反攻（此时洛阳未陷），以第五、第八两战区部队，联系汤恩伯兵团协力反攻，一度克复遂平、漯河、鲁山、嵩县，进迫宝丰。时洛阳守军仍喋血苦战，在中国军队反攻下，日军放弃卢氏，退守洛宁。
第一、第八两战区部队于6月2日向日军反击。日军复行反扑。赖汝雄军、顾锡九军及刘汝明集团军与日军激战。日军向方城、泌阳流窜，均被击退。迄19日，第一、第五两战区仍保有舞阳、鲁山、叶县以南之线，与日军对峙。日军窜虢略镇（今灵宝城区）、攻陷阌乡（今故县镇，属灵宝县）后，第八战区李正先军、马法五军夹击日军，收复阌乡、虢略镇及灵宝。6月下旬，日军又攻陷洛宁、卢氏、灵宝、阌乡，后退陕县、洛宁、嵩县。
日军打通平汉路后，铁路两侧守军曹福林军及豫南挺进军等向日军夹击，至5月19日，已将漯河、西平、遂平、确山、上蔡等地克复，切断平汉路。6月上旬开始，日军再度进犯，攻陷汝南、上蔡。17日，由明港（信阳北）北上之日军与由许昌南下之日军会合，再度打通平汉路。
为策应豫中会战，皖西日军窜占颍上，进窥阜阳。后何柱国集团军将其击溃，克复颍上、阜阳。
豫中会战历时2月，中国军队挫师失地，日军攻陷30余县镇。据载，第一战区伤亡官佐817人、士兵18327人，日军伤亡4000人。而日方统计，自豫中作战开始至5月25日，日军伤亡3350人，中国军队阵亡37500人，被俘15000人。第一战区司令长官蒋鼎文、副司令长官汤恩伯均被撤职。
二 长衡会战
日军在1944年4月发动豫中会战后又于5月下旬发起向湖南的进攻。日军这次进攻使用了8个师团的兵力，为日本发动全面侵华战争以来对一个地区进攻使用最多的兵力，比1938年攻占武汉时还多。日本“中国派遣军”总司令官畑俊六亲自督战。日本第5航空军协同其第11军作战。
中国方面对日军向湖南进攻早有察觉，但仍以前几次长沙会战的战略方针处之，对日军这次进攻的严重性估计不足。长衡会战大致可分保卫长沙作战和保卫衡阳作战两个阶段。
（一）保卫长沙作战
5月26日，日军分3路向南进攻。第九战区彭位仁军、王甲本军在沅江、益阳地区，杨汉域军在汨罗江北岸，罗奇军在汨罗江南岸，傅翼军在通城东南山岳地带，分别进行抵抗和阻击。
东路日军于6月7日进陷古港，南趋萍乡，10日向浏阳城进攻。守军王泽浚军与日军血战多日后突围。日军于14日占领浏阳。
西路日军进攻宁乡、益阳。彭位仁军和梁汉明军各一部与日军搏战，11日夜益阳弃守。15日日军突入宁乡城内，守军张灵甫师与日军巷战，肉搏，仅剩200余人时仍据守核心阵地。益阳失守后，唐伯寅师收复益阳。王耀武集团军对围攻宁乡的日军完成包围，唐伯寅师进入宁乡城中与张灵甫师残部会合。这时长沙已失陷，围攻宁乡之日军接获援助而突围。
中路日军于6月9日强渡捞刀河后窜至浏阳河，分趋渌水、长沙，一部绕过长沙之东，进抵株洲南；一部渡过湘江，直趋岳麓山，完成对长沙的包围。16日，日军发起总攻。守卫长沙的张德能军以一个师守岳麓山，防广兵单。日军很快占领岳麓山的一些重要阵地。17日夜，该军以两个团守市区，其余兵力渡过湘江增援岳麓山守卫，但渡江未半，天已拂晓，日机来袭，张德能军损失很大。比及渡江部队进抵岳麓山，岳麓山核心阵地已失。而留于长沙市区的两个团在日军的猛攻下亦无法支持，长沙遂于18日下午失陷。张德能军残部向西突围至永丰（今双峰）、邵阳。
（二）保卫衡阳作战
长沙既失，第九战区决定在衡阳与敌决战。
日军攻占长沙后，分中、东、南三路分进合击。中路日军于6月13日攻占株洲。东路日军20日攻占醴陵，22日攻占萍乡。西路日军于19日攻入宁乡，22日攻占湘乡。日军沿湘江东岸突进，23日进抵衡阳近郊并继续南进，牵制衡阳外围中国军队，以孤立衡阳。
6月26日，日军占领衡阳城东湘江东岸的机场，迂回至衡阳南，截断衡阳守军的退路，并从衡阳之西、西南形成了对衡阳的包围。方先觉指挥第10军守卫衡阳城。衡阳防卫巩固，炮火亦优，守军抵抗意志顽强。第10军英勇搏战，多次击退日军攻势。从6月28日起，日军向衡阳城发动总攻。日军一再遭受损失，不得不于7月2日暂停进攻。11日，日军再次进攻，17日对衡阳城猛烈轰炸，逐次夺取城郊据点，压缩包围圈。但守军不畏牺牲，坚守阵地。日军付出了重大伤亡，不得不于19日再次停止进攻。在进攻衡阳的作战中，日军第68师团师团长佐久间为人及其参谋长负重伤，联队长、大队长被击毙数人。
中国军队力图在粤汉铁路两侧夹击南下进攻衡阳之日军，以救援衡阳；而日军进攻衡阳，除一部兵力直趋衡阳外，在东、西两路也集中相当多的兵力，攻击试图夹击进攻衡阳日军的中国军队。东路进攻攸县、安仁、耒阳、茶陵、莲花等地，西路进攻永丰等地。中国军队与东西两路日军激战，策应衡阳守卫作战。而日军进攻湖南之兵力雄厚，至攻占长沙，后续兵团尚未投入战斗。这时，日军推进其后续兵团猛扑，以策应衡阳近郊战斗。
军事委员会为解救衡阳之危，一再电令第九战区东、西两路部队加强攻击，令李玉堂、王耀武速解衡阳之围。但日军拼力堵截支援衡阳的中国军队。第九战区东、西两路部队均受日军阻击，无力向衡阳突进，特别是湘江以东的部队未能向衡阳前进。8月2日，虽然黄涛军、施中诚军和李天霞军都进入衡阳近郊，黄涛军在二塘、两母山给予日军一个联队以歼灭性的打击，但其自身亦遭到重大伤亡，未能与衡阳城守军会合。
8月3日，日军对衡阳大肆轰炸。4日，日军对衡阳发起第三次总攻。方先觉军的抵抗仍英勇顽强。日军反复攻击“丫”阵地，5次受挫，伤亡惨重。其第120联队各中队所剩士兵只有二三十人，最多只四五十人。8月5日，日军第68师团第57旅团旅团长志摩源吉被击毙。日军进攻西禅寺高地，伤亡很重，日军战史称“出现了现代白昼战斗中罕见的悲惨景象”。方先觉军久战疲弊，伤亡极大，阵地多处被毁。6日，日军突入衡阳城内。守城官兵仍顽强抵抗。8月7日晚，第四战区前来援救的黎行恕军主力加入，实行总攻，直扑衡阳城，期将日军压迫于湘江而歼灭，以解衡阳之围。但8日晨，该军突进至五里牌附近时遭日军阻击，攻势受到挫折。
方先觉第10军官兵守卫衡阳城达47天之久，在日军猛烈攻击下，顽强拼搏，坚守待援，直至阵地全毁，伤亡惨重。8月7日夜，方先觉派参谋长孙鸣全与日军谈判，停止抵抗。衡阳于8月8日陷落。
三 桂柳会战
1944年8月下旬，日本中国派遣军下新设第6方面军，以冈村宁次为司令官，指挥攻占桂林、柳州，拟捕歼中国军队主力，尔后向贵州省境追击，并攻略南宁。
中国第四战区参加桂柳会战的部队多因参加长衡会战，损耗惨重，实力不充。日军进攻时，这些部队正调动前来，未及集中即仓促应战。
日军攻占衡阳后，9月1日继续发动南侵。罗奇军在常宁进行了较顽强的抵抗。日军于9月5日攻占祁阳，7日攻占零陵，13日占道县。第79军军长王甲本于9月7日在冷水滩战斗中中弹殉国。
9月上旬，日军主力从湘桂路西进，另由广东沿西江西进，由雷州半岛北进，向广西进攻。9月11日、13日，黄沙河、全县相继弃守。日军继而攻占邵阳、常宁。10月1日，湘桂路日军进至兴安附近，另二路分由灌阳、资源和富川向桂林和平乐进犯。
沿西江北岸西进之日军进袭梧州，梧州失陷。从雷州半岛北进的日军攻陷廉江、容县、平南、丹竹。中国军队于桂平、平南一带阻止日军西进。10月11日，日军在桂平南渡过郁江，守军阻击失败。12日，日军攻陷桂平、蒙圩（一作“蒙墟”，桂平南）。第四战区为确保柳州、掩护黔桂路安全，调张弛军、罗奇军于桂平方面，于10月21日对进犯该地区的日军发动攻击，历时8昼夜，将桂平外围蒙圩附近重要据点及马岭等地克复。因桂林外围战局紧张，攻势停止。
第16集团军副总司令韦云淞和第31军军长贺维珍负责桂林防卫，以阚维雍师防守桂林城北部及其附近要点，黎行恕军之许扬高师防守桂林城南部及其附近要点。10月27日，日军以3个师团的兵力围攻桂林。桂林城北、西两面防御线多山岩，日军29日起几度袭击猛攻无效。11月4日，日军乃进攻桂林漓江以东地区，5日攻占七星岩，连日炮击桂林市区，致发生火灾，市内房屋焚烧几尽。7日，日军强渡漓江。中日两军反复争夺要点。巷战至11日，守军奉令突围，桂林遂告陷落。第131师师长阚维雍、防守司令部参谋长陈济桓、第30军参谋长吕旃蒙、第170师副师长胡厚基均于是役阵亡。
桂林激战之际，日军一路绕过桂林南进，攻陷永福。杨森集团军奉令退守柳州。此时，从西江西进的日军进逼武宣，从雷州半岛北进的日军则经贵县突抵来宾、迁江以南地区。于是，日军从北、东、南三面形成对柳州的包围。11月6日起，邓龙光、杨森两集团军于迁江经柳州亘柳城全线与日军激战。9日柳城失陷。日军分由黄冕（鹿寨东北）、修仁、武宣，从北、东、西三面攻抵柳州城郊。经3日激烈战斗，战区以桂林情况不明，乃令杨森集团军放弃柳州，向西部山地转移。丁治磐军的两个团在柳州城内被日军包围，损失重大。11日，柳州沦陷。
四 黔桂边与桂南作战
日军攻陷桂林、柳州后，继续向西突进，攻陷宜山、怀远（宜山西北），西犯金城江（今河池）。
桂柳激战期间，中国统帅部为防守黔边，以确保陪都重庆，于11月6日下令：从第六、第一、第八战区抽调部队集结贵阳、马场坪（福泉县南，贵阳以东）、都匀、独山地区，以保贵阳，统由黔桂湘边区总指挥汤恩伯指挥。
11月28日，日军陷南丹。另一路日军窜思恩，经黎明关，直扑荔波、三合。日军12月1日突进至八寨、独山时，刘希程军曹玉珩师和孙元良军王铁麟师已到达战场，予以反击。日军不支。日军于12月5日晨突入独山后旋即撤退。刘希程军、孙元良军克复八寨、三合、荔波、南丹、车河，与黎行恕军协力向河池方面日军攻击。14日晚，日军反扑。该两部因转战过久，兵力疲惫，乃与日军对峙。
日军进攻桂林、柳州时，其主力西进，陷宾阳、南宁。同时，日军驻越南的一个支队亦乘势北上，会攻龙州。龙州于12月2日失陷。
至此，日军占领了桂林、柳州机场，形式上打通其与南方军陆上交通的任务。
豫湘桂之战，是武汉会战后日本发动的一次最大规模的带有战略性的进攻。中国战场上中日军队优劣之势仍未发生根本变化。中国抗战进入第八个年头，因久战兵疲民困，抗战局面非常艰难。中国大部分军队虽然英勇抵抗，但丧师失地，社会发生怨望。国民政府陷入战时政治危机。日军进至独山，重庆似处于危境。1944年12月初，新任中国战区参谋长、美军将领魏德迈建议：为预防贵州省会贵阳陷落，应预作由重庆迁都昆明的准备。而当时日军攻至贵州，战线加长，兵力不足，且日本在太平洋战场节节败退，战略全局上其必败无疑；中国远征军作出了英勇牺牲，缅北滇西反攻接近取得全胜；中国已从陕川调兵南下，保卫贵阳。蒋介石对重庆可保无虞充满信心，他答复魏德迈说：“余纵在渝被敌包围，亦决不离渝一步。”
五 其他作战
（一）第二战区作战
1944年4月初，彭毓斌军的暂编第45师（马儒魁）同日军5000余人在稷山血战10余日，毙伤日军500余人。20日，汾南各据点日军5000余人再度进犯稷山，马儒魁师与日军激战旬余，将敌击溃。5月8日，汾城、新绛日军千余围攻尚书庄、义泉（新绛北），第68师（郭天辛）一部与日军激战一昼夜，发生巷战，尚书庄、义泉失陷。第68师与暂编第37师（杨文彩）对日军反包围，击退日军。
1944年5月起，日军进行打通大陆交通线作战，晋境日军不断出击窜扰。6-10月间，河津、万泉等地日军出动攻击。豫中会战结束后，调赴豫省作战之日军调回山西。9月20日汾南各据点日伪军向稷山、河津第二战区部队进攻。经激战，汾南部队于9月下旬突围，转移至汾北。10-12月间，万泉、永济、芮城、闻喜、夏县、新绛等地日军进攻地方保安团队，各部英勇抗击，一些部队弹尽粮绝，全部殉国。
（二）第三战区作战
1944年豫、湘、桂会战期间，6月8日，日军从兰溪、金华向西攻向衢州。王克俊师顽强抵抗，不敌，从汤溪退至龙游。11日，日军强攻龙游以南，守军抗击，击毙其旅团长横山武彦。12日，龙游、溪口（龙游南）弃守。14日，国军收复溪口。日军增援，于17日猛攻浙赣铁路南之大洲镇（衢州东南）。萧冀勉师集中兵力包围日军于衢州以南。26日，日军攻入衢州城，守城部队应鸿伦师被迫退出。第78团团长于丕富等官兵约3000人遇难。第三战区调李觉集团军和王敬久集团军各一部进至衢州外围时，日军畏惧，于29日撤出衢州。龙游、汤溪亦告克复。
8月下旬，日军从金华向东南经缙云直趋丽水。上官云相集团军估计日军将向西进攻浙江省政府所在地云和，乃部署在松阳、宣平一带与日军决战。25日，日军攻入丽水城内，刘嘉树军第63团在城内与日军巷战。该团官兵大部牺牲，团长彭学儒阵亡。丽水失陷。日军欲攻云和，被上官云相集团军所部击退。28日，日军将抢夺的物资沿江运输东下，向青田、温州进犯，主力向永康、义乌、武义、金华北撤。9月16日，丽水收复。
上官云相集团军方部署抗击日军向温州进攻。日军于9月9日攻占温州。上官集团军反攻，罗君彤师和萧冀勉师一度攻入城边，终因兵力不足而停止反攻。其后瑞安、乐清亦陷。直至1945年6月17日日军从温州撤逃，温州方收复。