广州失守后，中国内地和香港的交通线被切断，中国只得从广西沿海等地获得援助物资；日本准备进攻广西，彻底封锁中国。1939年1月到8日，日军先后占领了海南岛、深圳等地，广西南部就更重要了。1939年11月，日本派遣3万多人，在钦州湾多处登陆，占领防城港、钦州，继续北上，11月24日占领南宁，切断了桂越交通线。蒋介石调集20多万人，发起“桂南会战”，打算把日军消灭；由白崇禧指挥，陈诚、李济深为监军。日军在钦州湾登陆后，当地守军决定逐次抵抗，消耗日军，然后转入反攻。日军占领南宁后，蒋介石决心收复南宁，调集14个师，100架飞机，兵分三路，反攻南宁。北路军是第五军，由杜聿明指挥；第五军是机械化部队，攻打昆仑关时，在炮火掩护下，以战车在前、步兵在后，正面进攻；另一部兵力迂回到昆仑关侧后，夺取阵地；中国出动空军支援作战。在中国军队打击下，日军放弃龙州，回援南宁；驻南宁的日军二十一旅增援昆仑关。
11月24日，第五军第一师重创日军二十一旅，击毙旅长中村正雄。29日，第五军发动总攻，经过苦战，于31日收复昆仑关。“昆仑关大捷”，歼灭日军4000多人，击毁日军飞机20多架。这说明，只要武器装备好、弹药充足、战略战术得当，日本是可以战胜的。
日军调集军队，再攻昆仑关；蒋介石也调军增援。日军于1940年1月28日开始进攻，一路正面进攻昆仑关，一路迂回进攻宾阳。日军攻占宾阳后，于2月3日夺取昆仑关，2月8日攻占武鸣；日军觉得战局不利，就撤回广东，只驻防南宁、钦县、防城港。中国军队追击，收复宾阳、武鸣、昆仑关等地；中日双方形成对峙。7月，日军攻陷龙州；9月，日军进入越南；10月，中国军队发起反攻，收复龙州、南宁、钦县、镇南关，将日军全部打出广西，“桂南会战”结束。
1939年冬天，中国军队调动一百多个师，发动“冬季攻势”。以往的会战，是日本发动进攻，中国军队被动应战；“冬季攻势”是中国军队主动出击。冬季攻势的作战目的是消耗日军以有利于以后的作战。冬季攻势的作战方针是切断日军的交通线，诱敌而歼灭之，避免攻坚战。冬季攻势是全国性的作战，从南到北，从东到西，历时三个多月，俘虏日军400多人，击毙击伤3700多人，缴枪2000多枝。
1939年9月，德军入侵波兰，欧洲大战爆发，美国对日态度趋向强硬，有利于中国。苏联驻中国顾问团向蒋介石提出，为获得美英的支持，提高中国的国际声誉，牵制日军北攻苏联，中国应该发动一场大规模的攻势；蒋介石基本同意了这个建议。而且，国民党整训完成，部队战斗力提高，蒋介石更有信心了。1939年10月，国民政府在第二次南岳会议上正式决定发起“冬季攻势”；主要目标是夺回武汉。12月12日，张自忠指挥大军向武汉日军发起进攻；寒风凌冽，枪炮轰鸣。但日军破译了中国的密电码，冬季攻势的部署日军早掌握了，日军事先构筑了相应的防御工事，而中国缺少重炮；因而，冬季攻势一开始就进展不顺利。战士们冒着风雪，趴在战壕里，冻僵的手指扳着枪机，没有水喝，没有东西吃，啃着雪吃，十分冻饿疲惫。在第一战区：中国军队攻入开封，受到嘉奖。第二战区：曾收复闻喜、绛县等地，日军提前发动进攻，打乱了该地区的作战计划，战果较小。第三战区：攻入南昌、杭州，切断长江航运；激战三昼夜后，中国军队退回原防区。第四战区：是广西一带，中国军队损失很大。第五战区：是河南一带，中国军队攻势凌厉，战果很大。第八战区：是内蒙古一带，曾攻入包头，收复五原、临河等地，日军受到沉重打击。第九战区：是湖北一带，给予日军沉重打击。
“冬季攻势”的意义是重大的，日军原以为中国军队不堪一击，不想却主动出击日军；美国、英国见中国并没有屈服，还在作战，就给了中国大量援助。
1940年，日军发起“枣宜会战”，是在枣阳、宜昌地区发生的。枣阳、宜昌属于第五战区，是李宗仁、张自忠指挥，总兵力约35万。日本的作战计划是消灭中国第五战区主力；进攻宜昌，沉重打击中国军队。宜昌是四川的门户，距离重庆不远，攻占宜昌后，可以威胁重庆西南大后方。日本的作战力量是11军，又调集了其他部队，总共约11万人。日军将战事分为两个阶段，第一阶段打击枣阳的中国军队主力，第二阶段攻占宜昌。为了迷惑中国军队，日军江南各师团对中国军队进攻；在枣阳作战时，宣称作战后即返回原防地，使中国军队放松第二阶段作战准备；并且制造假命令，故意丢失掉。中国方面早先获悉了日军向鄂西北进攻的企图；蒋介石判断日军不占领宜昌，而是在枣阳歼灭第五战区主力后，回撤恢复战前态势。蒋介石要求第五战区不要消极待敌，以一部分兵力袭扰日军后方，牵制破坏日军西进；主力伺机歼灭日军主力。
日军为了掩饰其作战企图，在湖南、江西发动进攻，做出要在第九战区作战的姿态，以迷惑中国。日军主力集结完成后，于1940年5月发动进攻。日军第三师团突破中国守军阵地，向枣阳开进；其他各路日军进展迅速，对枣阳形成合围。5月8日，日军占领枣阳；日军宣称第一阶段作战目的完成，但日军并未消灭中国第五战区主力。第五战区集中了二十三个师的兵力，准备和日军强行决战。日军准备发动汉水西岸的包围战；中国军队包围反攻日军。正准备撤退的日军，与中国第三十三集团军发生接触战，日军认为是消灭中国军队的好机会；调集军队，猛击三十三集团军。5月12日，激战爆发；军事委员会与第五战区往来电报都被日军截获，日军还从电报中得知三十三集团军的具体位置。日本调集重兵，向三十三集团军核心进攻包围。三十三集团军总司令张自忠负伤牺牲，壮烈殉国；日军击破三十三集团军主力，向枣阳集中。在北面，三十一集团军向被包围的日军第三师团进攻，第三师团向枣阳方向撤退突围。南北两股日军在枣阳会合，日军力量大增，与中国追击部队激战。
日军在枣阳进行休整，准备攻占宜昌。中国方面估计日军不会攻打宜昌，宜昌守军薄弱。直到日军西渡汉水后，才调军守卫宜昌。日军占领襄阳、南漳、宜城、沙市、荆州等地，逼近宜昌。日军向宜昌发起总攻，中国军队两天前才到了宜昌，仓促部署防御。中国守军力量单薄，撤往附近山区，宜昌失守。日本此次作战，是为了给中国军队沉重打击，摧毁中国的抗战意志，并不是扩大占领区；所以，日军占领宜昌4天后撤出，中国军队在日军撤退后，重新占领宜昌。
此次会战，日军仅伤亡7000人；中国，阵亡36000多人，失踪23000多人，负伤50000多人。张自忠牺牲后，日军用酒精清洗了遗体，包扎好伤口，安葬了张自忠，树立了块墓碑，上面写着：“支那大将张自忠之墓”。蒋介石派兵夺回了张自忠遗体，运回重庆，蒋介石抚棺痛哭，以“国葬之礼”，盛大安葬了张自忠。
