在许多人看来，日本攻陷武汉后，中国的抗战形势便岌岌可危。武汉作为当时中国的重要交通枢纽，日军全力攻克本应迅速征服整个中国。然而，当日军稳住脚跟对战场进行清点时，却惊愕地发现，中国的主力军并未如预期崩溃，反而还保存着整整300万的兵力，双方在此僵持长达六年。最终，陷入绝境的日军只得将全部力量集中于50万人进行孤注一掷的攻势，没想到迎来的却是意想不到的结果。

1938年，武汉会战开始时，日军调动了所有的资源，畑俊六接手松井石根的指挥，统帅着14个师团和2个旅团，兵力总计35万人，装备囊括了先进的坦克、飞机和军舰，足以称得上当时亚洲战场的顶尖配置。日本大本营自承在汉口作战时倾尽了所有力量，连后续的调动都没有余力。相比之下，中国则出动了14个集团军和50多个军，参战人数接近百万，战线跨越四个省，战斗长达四个半月。中国军队采取的是边战边退的策略，通过时间换取空间，每一次日军的小步推进，付出的代价都异常惨重。

10月25日，中国军队主动撤出武汉，表面上看似日军获得了胜利，但当日军入城后盘点时才意识到，主力部队并没有被彻底消灭，大部分都已有序撤出，国民政府也迁往重庆继续进行抗战。此时，正面战场上可调动的中国军队仍有近300万之众。畑俊六重新评估自己的现状，发现日本本土仅剩下一个近卫师团的战略预备队，根本无法进一步推进。

畑俊六后来在回忆录中提到，按当时的形势，日军若再深入中国，将会面临危险。他将这一判断呈报给天皇，却被军部的高层无视，最终遭到天皇的否决。武汉失守后，中日之间进入了奇特的僵持阶段，这一僵持持续了长达六年，从1938年底到1943年，日军再无力量开展能够彻底击垮中国的攻势。驻扎在中国的日军始终维持在六十到八十万之间，大多耗在防守和清剿上，主动进攻的能力早已接近枯竭。

各地的正规军和抗日武装努力拖延时间，使得日军无法腾出余力。虽然日军在白天控制了城市，但晚上却处于各种抗日活动的困扰中，名义上的占领并未能完全掌握当地情况。随着日本偷袭珍珠港，太平洋战争爆发，战局发生了重大变化。美国迅速意识到中国战场的战略价值，因中国牵制了接近百万辆日军，使其无法调动至太平洋战场。

进入1943年下半年，美国开始在中国内陆部署B-29轰炸机，并迅速建设多个大型及小型空军基地。到1944年初，从中国起飞的B-29轰炸机成功袭击了日军控制的台湾高雄，使得日本大本营倍感压力。美国将中国视为打击日本本土的前沿基地，若不及时突破，日本终将面临灭亡。日本大本营经过多次推算，最终决定实施一号作战，计划打通由中国东北至越南的交通线，并消灭驻扎在中国的美军机场。

这次行动，日本军方几乎倾尽全力，东条英机将这场行动称为玉碎作战，从军力和资源的投入上看，其实是一次危险的豪赌。他们调来了整整50万兵力、10万匹马、1500多门火炮、近800辆坦克和超过1.5万辆汽车，这是整个侵华战争最大规模的一次动员。

1944年4月，冈村宁次指挥的日军在河南中牟渡过黄河，豫中会战打响。日军攻击速度超乎想象，仅用37天便占领了38座城市，致使第一战区指挥层陷入混乱，仅能忙于转移自己的档案和家属，未能有效组织防线。战斗持续南移，长衡会战于5月展开，日军向湖南方向进攻，长沙迅速沦陷，然而在衡阳却遭到顽强的抵抗。

方先觉指挥的第十军，以仅一万八千人对抗日军数倍的攻势，坚守了47天。尽管后方粮草和弹药告急，伤亡不断增加，他们依然未曾放弃阵地。这场战斗成为中国军队战斗精神的象征。接下来的桂柳会战中，桂林、柳州、南宁相继失陷，至1944年12月，一号作战结束，日军虽然在战略上实现了部分目标，但代价惨重，损失兵力五六十万，失去四个省会、146座县城，20多万平方公里国土及6000万人口进入日军占领区。

然而，战后不久，日军却意识到这场豪赌的失败。1944年6月，美军成功占领塞班岛，相应的B-29已经能够飞抵日本本土，无需依赖中国的机场。10月的莱特湾海战后，日本联合舰队几乎被全数击溃，制海权彻底丧失，即便成功打通大陆交通线，其战略意义也已失去。日本军队虽名义上控制了这条交通线，但实际上并未能完全掌握，抗日武装活动频繁加剧，原先的控制面临重重困难。

1945年4月至6月，湘西会战展开，日军试图攻占芷江空军基地，却遭到中国军队的强力回击，日军伤亡惨重，成为抗战后期正面战场的有效逆转。1945年8月15日，日本天皇宣布无条件投降，历时十四年的抗日战争终于宣告结束。