9月10日應國府的要求，杜立特轟炸機群轟炸了湖北監利的白螺機場和武漢機場，飛虎隊轟炸機轟炸了廣州、南昌、九江機場，中國空軍轟炸了湖北應縣機場，而後利用衢州機場中轉，轟炸了南京、上海。延安也應國府要求出動10架轟炸機轟炸了運城機場。日軍損失各類飛機210多架。日軍在中國本來就拮據的空軍實力遭到重創。
    這次大規模轟炸一為解除日軍航空隊對重慶的威脅，二為即將爆發的浙贛會戰的西線取得製空權。三為後續再次轟炸日本本土掃清障礙。
    杜立特再次轟炸日本取得重大戰果後，讓美軍看到了取得戰勝日本的另一條途徑：轟炸機從中國起飛轟炸日本，削弱日本的工業能力。美國準備向杜立特航空隊追加25架b24轟炸機，同時加快了向中國提供b25轟炸機和p40戰鬥機的進程，根據中美西國簽定的租借法案，國軍準備陸續接收130架b25轟炸機，現已交付35架。這些飛機準備裝備於中美空軍混合團第一大隊及中國空軍第二大隊。另外美國還向中國空軍交付150架p40戰鬥機，後續還有227架p40等待交付。預計到10月，中國空軍主力就可以全部換裝。
    延安總部也想向從美國訂購20架p40戰鬥機，以在美國青黴素專利收益為結款。美國也有意向，但嗅覺靈敏的國府從美國人那裏得到了消息，國府堅決反對，讓我軍得到p40戰鬥機的計劃暫時泡了湯。
    中國派遣軍司令煙俊六收到各地機場被轟炸的消息，意識到中國戰場由於美國空軍的加入以及美式戰機交付國府，日軍在中國的製空權出現了動搖。目前還是華中機場受到的威脅最大，若華中日軍航空兵崩潰，下一步就輪到華東。浙贛會戰不能再等了，一定要先打通浙贛線，占領衢州、玉山的機場，華東日軍航東航空兵西進，協助華中航空兵取得製空機，才能保證華東的安全，同時才能避免美軍從浙江機場出發轟炸日本本土。
    9月15日日軍分為四路，第70師團從奉化出發攻擊新昌、天台，第22師團、河野混成旅團從紹興、上虞出發攻擊嵊縣，第15師團從蕭山出攻擊諸暨、第116師團、32師從富陽出發攻擊莆江、桐蘆，四路氣勢洶洶向金華、蘭溪推進。第3集團軍副司令上官雲湘進駐淳安，指揮駐錢塘江北岸各部隊；第10集團軍總司令王敬久指揮錢塘江南岸各部隊及金華、蘭溪守軍。第25集團軍，以李覺為總司令，進駐縉雲，指揮浙南各軍。
    國軍在浙贛鐵路東段依托既設陣地逐次抗擊日軍進攻，日軍東線指揮官澤田茂判斷出國軍逐次抵抗的套路，命令部隊加強進攻。24日，日軍到達武義、金華、孝順、蘭溪等地。第三戰區決定在浙東金華、蘭溪等地來取積極的防禦，遲滯日軍的進攻速度。
    第63師、川軍新21師負責防守蘭溪地區，川軍第146師一個工兵營協防。第63師、新21師在蘭溪構建了嚴密的防禦工事體係，146師工兵營與63師工兵連在蘭溪周邊布置地雷。日軍渡過蘭江意圖從蘭溪北麵進攻蘭溪，雙方沿石廓山腳激烈爭奪，日軍衝破國軍的第一道防線後，在第二線的鹿砦前遭到火力側射而傷亡迭出。日軍轉而攻蘭溪城東大雲山，攻占大雲山後，又被63師夜襲收複，大為光火的第十五師團師團長酒井中將到前線督戰，在蘭溪城北1.5公裏處，意圖登高遠眺戰況時，意外踏中地雷被炸身亡。日軍猛烈攻擊，蘭溪守軍頑強抵抗。日軍迂回占領了蘭溪西麵龍遊後，蘭溪守軍接到撤退的命令後才撤出蘭溪。
    第28軍192師守壽昌，在壽昌外圍依托山地工事節節阻擊，並協同工兵部隊在交通要道埋設地雷群，遲滯日軍機械化部隊行進，第21軍第146師在大小長山與敵進行激烈戰鬥。日軍第32師團經激烈戰鬥最終攻陷壽昌，並與第116師團一部會合，進抵衢江北岸的蓮花鎮一帶。
    第79師、新編第31師一部防守金華，25日第70師團在20餘架飛機的掩護下，發動了強攻，防守金華正麵的第79師進行了頑強的抵抗，國軍依靠防衛工事打擊日軍，堅持戰鬥。日軍使用了毒氣彈，導致中國守軍遭受重大傷亡。28日清晨，日軍最終突破了金華城的最後一道防線，衝入了城內 。第79師的將士們同日軍進行了一場激烈的巷戰。他們借助街道、房屋等障礙，和日軍展開了拚死戰鬥，第79師傷亡慘重，無奈隻能朝著北山、大盤山方向實施突圍，最終金華失守。
    31日西線日軍第11軍開始行動了，一路向南渡從南昌過撫河沿浙贛鐵路及其兩側發起進攻，贛東戰役由此開始。當日，日軍出師不利，11軍主力渡撫河時，包括34師團218聯隊第2大隊長田中貢少佐在內的21名官兵溺斃。此後，日軍分為4路竄犯：一路第34師團為主力，向東沿浙贛鐵路線進攻。二路竹原支隊，向贛東北郡陽湖沿岸及信江北岸侵擾，牽製三戰區在長江南岸的部隊。三路第3師團為主力，向東南臨川方向進攻。四路井手支隊為主力、第3師團一部沿贛江東岸向南竄犯。
    第9戰區第4軍、第58軍、第79軍、第74軍已來到了贛東，第58軍布置在豐城、崇仁一線，第74軍秘密潛伏在宜黃至南城之間山地梨溪一帶，第79軍布置在撫州、第4軍布置在宜黃、南城線。裝開口袋，等待日軍入套，第3師團是這四個軍的老對手了，第二次長沙會戰，第74軍曾重創過第3師團。