日军第2军左路军行程不畅，右路军与之相比稍好一点，第3和第10师团猛攻固始，一番激战后于9月7日占领该城。接着，两个师团沿公路西进潢川，撞上了国军一代名将张自忠。张自忠从9月9日一直打到9月19日，整整守了10天，比原来预定的守七天整整超了三天，最后还能在敌人面前安全撤退。日军占领潢川后，直捣罗山、信阳，胡宗南的第1军、46军早已在那里严阵以待。胡宗南的第一军是当时gmd军队装备最好的，有邱清泉的坦克部队（当时国军唯一的坦克部队）和彭孟缉的炮兵旅（当时最大的炮兵编制）。胡宗南坐拥国军最好的装备，用三个军七个师与日军已经血战数次的两个师团激战20多天竟然还处于下风，最后10月12日丢了信阳，李宗仁曾“电令胡宗南自信阳南撤，据守桐柏山、平靖关，以掩护鄂东大军向西撤退。然胡氏不听命令，竟将其全军7个师向西移动，退保南阳，以致平汉路正面门户洞开。武汉会战打到了10月中间，外围要点尽失，如果还要守，就只能固守城垣了。更要命的是，蒋介石没想到这时日军竟然还能分兵在广东登陆并很快于21日占领华南重要港口广州。
日军突袭广州：
青岛、上海等地陷落后，广州就成了中国最重要的港口了，但与它的重要性相比，防守却显得很松懈，粤军竟然被抽调半数去参加武汉会战，蒋介石认为日军已经倾尽全力在武汉会战上面了，不可能还能抽出兵力在其它的方向上面进攻，本来，日军由于兵力不足，还打算在武汉会战结束后再抽调兵力来进行进攻广州的作战的，谁知在武汉会战国军顽强抵抗，使得战局进展缓慢，日军大本营等不及了，迅速抽调三个师组成21军，由古庄干郎大将统领，在海军第5舰队司令长官盐泽幸一支援下，奇袭广州。广东这边到是听到一点风声，广东省长吴铁城还向重庆作了报告，可是蒋介石居然以为这是日本人故意制造出来的“假”情报，试图让国军从武汉战场抽出兵力支援广东。不给增加兵力也就算了，10月10日，老蒋竟然还发报让余汉谋再调一个师去武汉战场。10月11晚，日军7万多人，2.7万匹马在广州大亚湾登陆成功，一路势如破竹，连下淡水、惠州、博罗和增城，21日已经攻到广州近郊。余汉谋的12集团军仅仅10天就被日军打得落花流水、溃不成军。无奈之下，余汉谋下令广州守军撤退，广州于21日下午沦陷。广州一失，粤汉铁路被切断，武汉就更不值得用重兵防守了，面对这种情况，蒋介石又吸取去年南京保卫战的教训，不做孤城困守，决定迅速放弃武汉。10月25日，日军占领汉口，次日占领武昌，27日占领汉阳，武汉保卫战至此结束。
武汉会战期间，中国空军和海军也积极参与了作战。在苏联航空志愿大队的配合下，中国空军鏖战长空，与日军航空兵空中大战7次，击毁日机78架，炸沉日舰23艘，有力地支援了地面部队的作战。中国海军也英勇作战，击沉，击伤日军舰艇及运输船只共50余艘，击落日机10余架，但自身也损失惨重，基本上全军覆没。
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