1937年7月7日夜，驻北平（今北京）西南丰台日军于卢沟桥附近举行挑衅性的军事演习，诡称一名士兵失踪，要求进入中国军队驻地宛平县城（今丰台区宛平城）搜索，遭到拒绝后，即炮轰宛平县城，向中国驻军发动进攻，制造了七七事变，又称“卢沟桥事变”。当地中国驻军第29军第37师部队奋起还击。中国全国性抗日民族解放战争从此开始。7月8日，中共中央发出《中国共产党为日军进攻卢沟桥通电》，向全国同胞呼吁：“平津危急！华北危急！中华民族危急！只有全民族实行抗战，才是我们的出路。”15日，中国共产党向国民党当局递交《中共中央为公布国共合作宣言》。17日，国民政府军事委员会委员长、行政院院长蒋介石在庐山发表准备抗战的谈话，但实行只限于政府和军队抗战、反对人民总动员的片面抗战路线。
七七事变后，日本采取速战速决的战略，向华北增兵，7月底占领北平、天津。旋即组成关东军察哈尔派遣兵团和华北方面军，陆续调集30万兵力，沿平绥（今北京—包头）、平汉（今北京—汉口）、津浦（天津—浦口）铁路线展开战略进攻，企图夺取冀、察、晋、绥（绥远省，今内蒙古中部）、鲁5省，控制黄河以北广大地区。8月13日，日军向上海发动进攻，企图迅速占领上海，夺取南京，迫使中国政府屈服。
国民政府于8月上旬召开国防会议。中共中央代表周恩来、朱德、叶剑英在国民政府军事委员会军政部谈话会上，具体阐明中共关于全国抗战的战略及作战原则，指出战略上应是持久的防御战、战役上应是速决战以及运动战，并主张在敌军后方广泛开展游击战。这对国防会议制定战略产生了积极影响。国防会议决定实行持久消耗战略，将沿海和临战地区划为5个战区：在冀省和鲁北设立第一战区，晋察绥设立第二战区，江浙设立第三战区，闽粤设立第四战区，苏北及山东设立第五战区（以后又相继设立7个战区）。并调整兵力部署，以一部兵力于平绥、平汉、津浦铁路沿线各要地，采取重叠配备，多线设防，逐次抵抗，以主力集中华东，力保淞沪要地，掩护首都南京，另以少量兵力守备华南沿海各要地。8月14日，国民政府发表《自卫抗战声明书》。当时，国民党军约有200万人，作战飞机300余架，舰艇120余艘。22日，按照国共两党达成的协议，国民政府军事委员会宣布中国工农红军主力改编为国民革命军第八路军。22～25日，中共中央在陕西省北部洛川召开政治局扩大会议，通过《中央关于目前形势与党的任务的决定》和《抗日救国十大纲领》，提出实行全面的全民族的抗战路线和持久战的战略总方针，确定共产党领导的军队执行独立自主的山地游击战的战略方针，担负创建抗日根据地、牵制与消耗敌人、配合友军作战、保存与扩大自己的基本任务。会议决定组成以毛泽东为主席、朱德和周恩来为副主席的中共中央革命军事委员会（简称中共中央军委）。25日，中共中央军委发布命令，将在陕甘宁边区的中国工农红军主力改编为国民革命军第八路军（简称八路军），朱德任总指挥，彭德怀任副总指挥（1937年9月11日又改称第18集团军，朱德、彭德怀改称正、副总司令），下辖第115、第120、第129师，近4.6万人。9月22日，国民党中央通讯社发表中国共产党于7月15日递交的《中共中央为公布国共合作宣言》。23日，蒋介石发表承认中国共产党合法地位的谈话。至此，由中国共产党倡导的，以国共两党合作为基础的抗日民族统一战线正式建立。10月12日，国民政府宣布南方八省的红军和游击队改编为国民革命军陆军新编第四军（简称新四军），叶挺任军长、项英任副军长，下辖第1、第2、第3、第4支队，共1万余人。八路军和新四军改编后，陆续开赴华北和华中抗日前线作战。
1937年7月～1938年10月，是日军展开战略进攻，中国军队进行战略防御的阶段。在华北战场，第一战区部队对沿平汉、津浦铁路线南侵的日军，实行节节抗击。第二战区部队在平绥铁路东段同进犯的日军展开激战。9月中旬，大同失陷。第二战区部队退守雁门关、茹越口和平型关一带内长城防线，企图阻止日军深入山西腹地。八路军第115师于9月25日在平型关附近伏击日军，首战告捷，歼日军精锐第5师一部1000余人，鼓舞了全国军民的斗志。9月30日，日军突破内长城防线，接着以5万余兵力向忻口、太原进攻。第二战区部队在忻口东西一线阵地与敌激战。日军一再发起攻击，均遭到守军的顽强抵抗。为配合国民党军保卫忻口、太原，八路军第115师向察南、冀西出击，切断张家口至代县的日军补给线；第120师切断同蒲铁路（大同—风陵渡）北段和雁门关南北的交通，并以一部挺进雁北，威逼大同；第129师一部夜袭代县阳明堡机场，毁伤日军飞机24架。进攻忻口的日军，正面遭到阻击，后方补给濒于断绝，攻势顿挫。日军华北方面军遂令沿平汉铁路进攻的两个师转向正太铁路（今石家庄—太原）西进，迂回忻口、太原侧后。为配合国民党军阻止日军西进，八路军第129师和第115师主力转移至正太铁路以南地区寻机歼敌，先后取得七亘村、广阳、长生口等战斗的胜利。10月26日，日军占领晋东要隘娘子关。11月8日，太原沦陷。至此，在华北，以国民党军为主的正规战争基本结束，以八路军为主的游击战争进入主要地位。八路军在山西实行战略展开，分兵发动群众，开展游击战争，创建敌后抗日根据地。
在华中战场，从8月13日开始，中国第三战区部队同日军进行淞沪会战。10月，蒋介石兼任战区司令长官，增调部队，调整部署，与日军鏖战。日军于11月初组成华中方面军（1938年2月改称华中派遣军），兵力增至22万余人。5日，日军两个师从杭州湾登陆，对上海实施迂回，淞沪守军开始全线撤退。12日，日军占领上海。淞沪会战历时3个月。中国军队的英勇奋战，打破了日军3个月灭亡中国的迷梦。12月初，日军水陆并进，迅速突破国民党军江（苏）浙（江）防线，威胁南京。国民政府迁都四川省重庆市，军队撤出南京，退往浙赣境内。13日，日军占领南京后，肆意烧杀淫掠，制造了震惊中外的南京大屠杀，杀害中国军民达30万人。南京失陷后，国民政府一面调集部队控制武汉及豫皖边地区，一面集结重兵于鲁中及淮南地区，企图牵制日军主力于津浦铁路沿线，迟滞日军溯长江西进武汉。从1938年1月开始，第五战区先后集中60万兵力在以徐州为中心的广阔地域，同日军进行会战。3月23日～4月7日，在台儿庄地区取得歼灭日军1万余人的重大胜利，振奋了全民族抗战的精神。5月19日，日军占领徐州及其附近地区，随即沿陇海铁路（今兰州—连云港）向西追击。第五战区主力撤至豫皖边山区。为阻止日军西进，6月9日，国民党军在郑州东北花园口附近炸开黄河大堤，使豫、皖、苏三省的广大地区变成泽国，虽然暂时迟滞了日军的西进，但给人民生命财产带来巨大损失，造成连年灾荒的黄泛区。
1937年冬～1938年春，日军在华北对中国军队发起大规模“围攻”。八路军第115师一部在晋察冀边区反击日军“八路围攻”，第120师在晋西北反击日军“五路围攻”，第129师和第115师一部在晋东南反击日军“九路围攻”，共毙伤日军7500余人。徐州会战前后，八路军为策应正面战场友军的作战，在平汉、津浦铁路北段、邯郸至长治公路、临汾至大宁公路积极开展破袭战和伏击战，先后取得神头岭、响堂铺、午城井沟等战斗的胜利。第115师一部创建了以五台山脉为依托的晋察冀抗日根据地并成立晋察冀军区，另一部创建了以吕梁山脉为依托的晋西南抗日根据地；第120师创建了以管涔山脉为依托的晋西北抗日根据地；第129师及第115师一部创建了以太行、太岳山脉为依托的晋冀豫抗日根据地。八路军依托山区根据地，进一步向平原发展，完成在华北的战略展开。1938年4月下旬，八路军主力陆续向冀、鲁、豫三省平原发展，协同当地人民抗日武装，广泛开展游击战争，先后创建了冀南、豫北、冀鲁边、冀中、冀东等抗日根据地。与此同时，中共山东省委领导山东各地人民举行抗日武装起义，创建鲁中、鲁西、胶东、清河等抗日游击根据地，并在年底将各地起义武装编成八路军山东纵队。新四军展开于皖南、皖中、苏南和豫东地区，开展游击战争，取得蒋家河口、韦岗等多次战斗的胜利，创建了抗日根据地。八路军、新四军开辟的敌后战场和抗日游击战争的发展，配合了正面战场的正规战，在战略上发挥着日益重要的作用。5～6月，毛泽东发表《论持久战》和《抗日游击战争的战略问题》两篇军事著作，总结抗日战争10个月的经验，批驳“亡国论”“速胜论”和轻视游击战争的错误思想，阐明抗日战争的性质、特点、人民战争思想、持久抗战的总方针和抗日游击战争的战略地位，预测抗日战争的发展过程将经历战略防御、战略相持和战略反攻三个阶段，为夺取抗战胜利指明了方向和道路。
1938年8月下旬，日军以陆、海、空力量约25万兵力，分别沿长江两岸和大别山北麓西进，企图合击武汉。国民政府调集约100万兵力，利用鄱阳湖、大别山和长江两岸丘陵湖沼进行抵抗。八路军、新四军在华北、华中敌后开展游击战争，进行积极的配合。在日军直逼武汉的情况下，为保存力量，中国军队于10月25日弃守。27日，日军占领武汉三镇。武汉保卫战，是抗日战争战略防御阶段规模最大的一次战役。中国军队的英勇抗击，消耗了日军的有生力量，挫败了日军速战速决的战略企图。10月12日，日军在广东省大亚湾登陆，进攻广州。国民党军未进行积极抵抗，于21日放弃广州。