Ночная перестрелка 7 июля 1937 г. у моста Лугоуцяо (мост Марко Поло) недалеко от Пекина стала началом войны, будущие масштабы которой тогда никто не предвидел. Как и в случае «Маньчжурского инцидента», незначительное событие, причина которого осталась неизвестной, дало японским войскам повод для активных действий. Кабинет принца Коноэ Фумимаро под давлением армии занял жесткую позицию: рассчитывая быстро локализовать конфликт, 11 июля он решил отправить в Северо–Восточный Китай подкрепления и потребовал признать вину за «поступки, враждебные Японии или оскорбляющие ее». Командовавший местными войсками генерал Сун Чжэюань по указанию из Нанкина принес извинения и заключил перемирие, что вызвало недовольство антияпонских кругов. Тем не менее 27 июля Япония предъявила Китаю ультиматум сроком на сутки, требуя передать под ее контроль Пекин, окруженный с трех сторон. По истечении срока войска заняли бывшую столицу, 29 июля Тяньцзинь и 30 июля начали наступление по всему фронту.
Конфликт мог быть решен только победой одной из сторон. Взяв 6 августа Нанькоу, японцы выступили в сторону провинции Чахар и к концу сентября овладели всей Внутренней Монголией. Два с половиной месяца шли бои за Шанхай, который пал 11 ноября. 13 декабря был взят Нанкин; правительство заранее выехало в Ханькоу. События, последовавшие за взятием города, после войны получили известность как «Нанкинская резня»: по утверждениям различных авторов, японские войска уничтожили от 30-40 до 300 тыс. человек мирного населения. Случаи убийств, насилия и грабежей, бесспорно, имели место, однако в истории событий остается много неясного, а официальная версия на протяжении десятилетий подвергается критике со стороны историков. Они указывают на отсутствие современных (т. е. довоенных) свидетельств, подтверждающих эти цифры, а также дипломатических протестов Китая и поддерживавших его держав, хотя в то время они делались и по куда менее значительным поводам. Чан Кайши обратился к США и Великобритании с просьбой о дипломатическом вмешательстве. 3-24 ноября в Брюсселе проходила конференция по урегулированию дальневосточного конфликта (от участия в ней Япония уклонилась), ограничившаяся «порицанием» обеих стран за нарушение Вашингтонского договора 1922 г.
29 ноября Япония через германского посла в Китае сообщила условия мира: запрет антияпонской деятельности; расширение демилитаризованных зон; автономия Внутренней Монголии; борьба с коммунистами; пересмотр таможенных законов. Чан Кайши отверг ультиматум, но согласился продолжать переговоры при посредничестве Берлина. 20 декабря германскому послу в Токио передали новые условия: отказ от «прокоммунистической и антияпонской» политики; создание нейтральных зон со «специальными органами власти»; экономическое сотрудничество с Японией и Маньчжоуго; уплата контрибуции. Милитаристы настаивали на разрыве контактов с Чан Кайши. 10 января 1938 г. кабинет Коноэ сообщил немцам о прекращении переговоров, но в качестве «последнего шага» предложил передать Чан Кайши окончательные условия, включая признание Маньчжоу–го, формирование трехстороннего экономического блока и размещение японских войск «в определенных районах» Северного и Центрального Китая «для обеспечения безопасности». Неприемлемость условий была очевидна. 13 января Токио официально объявил о прекращении переговоров, 16 января об отказе рассматривать режим Чан Кайши в качестве партнера. К концу октября 1938 г. были заняты Кантон и Ухань; правительство переместилось в Чунцин.
22 января 1938 г. японский парламент принял закон «О всеобщей мобилизации нации», создавший в стране режим военного времени; 10 февраля аналогичный закон был принят в Маньчжоу–го. Учитывая возможность затяжной войны, власти усилили государственный контроль в экономике, взяли курс на накопление стратегических материалов и продовольствия и на контроль над его источниками за пределами империи, на энергосбережение и импортозамещение. Это обеспечило Японии «запас прочности» при вступлении в войну на Тихом океане, но его было недостаточно для противостояния США и Великобритании.