9月10日应国府的要求，杜立特轰炸机群轰炸了湖北监利的白螺机场和武汉机场，飞虎队轰炸机轰炸了广州、南昌、九江机场，中国空军轰炸了湖北应县机场，而后利用衢州机场中转，轰炸了南京、上海。延安也应国府要求出动10架轰炸机轰炸了运城机场。日军损失各类飞机210多架。日军在中国本来就拮据的空军实力遭到重创。
这次大规模轰炸一为解除日军航空队对重庆的威胁，二为即将爆发的浙赣会战的西线取得制空权。三为后续再次轰炸日本本土扫清障碍。
杜立特再次轰炸日本取得重大战果后，让美军看到了取得战胜日本的另一条途径：轰炸机从中国起飞轰炸日本，削弱日本的工业能力。美国准备向杜立特航空队追加25架b24轰炸机，同时加快了向中国提供b25轰炸机和p40战斗机的进程，根据中美西国签定的租借法案，国军准备陆续接收130架b25轰炸机，现已交付35架。这些飞机准备装备于中美空军混合团第一大队及中国空军第二大队。另外美国还向中国空军交付150架p40战斗机，后续还有227架p40等待交付。预计到10月，中国空军主力就可以全部换装。
延安总部也想向从美国订购20架p40战斗机，以在美国青霉素专利收益为结款。美国也有意向，但嗅觉灵敏的国府从美国人那里得到了消息，国府坚决反对，让我军得到p40战斗机的计划暂时泡了汤。
中国派遣军司令烟俊六收到各地机场被轰炸的消息，意识到中国战场由于美国空军的加入以及美式战机交付国府，日军在中国的制空权出现了动摇。目前还是华中机场受到的威胁最大，若华中日军航空兵崩溃，下一步就轮到华东。浙赣会战不能再等了，一定要先打通浙赣线，占领衢州、玉山的机场，华东日军航东航空兵西进，协助华中航空兵取得制空机，才能保证华东的安全，同时才能避免美军从浙江机场出发轰炸日本本土。
9月15日日军分为四路，第70师团从奉化出发攻击新昌、天台，第22师团、河野混成旅团从绍兴、上虞出发攻击嵊县，第15师团从萧山出攻击诸暨、第116师团、32师从富阳出发攻击莆江、桐芦，四路气势汹汹向金华、兰溪推进。第3集团军副司令上官云湘进驻淳安，指挥驻钱塘江北岸各部队；第10集团军总司令王敬久指挥钱塘江南岸各部队及金华、兰溪守军。第25集团军，以李觉为总司令，进驻缙云，指挥浙南各军。
国军在浙赣铁路东段依托既设阵地逐次抗击日军进攻，日军东线指挥官泽田茂判断出国军逐次抵抗的套路，命令部队加强进攻。24日，日军到达武义、金华、孝顺、兰溪等地。第三战区决定在浙东金华、兰溪等地来取积极的防御，迟滞日军的进攻速度。
第63师、川军新21师负责防守兰溪地区，川军第146师一个工兵营协防。第63师、新21师在兰溪构建了严密的防御工事体系，146师工兵营与63师工兵连在兰溪周边布置地雷。日军渡过兰江意图从兰溪北面进攻兰溪，双方沿石廓山脚激烈争夺，日军冲破国军的第一道防线后，在第二线的鹿砦前遭到火力侧射而伤亡迭出。日军转而攻兰溪城东大云山，攻占大云山后，又被63师夜袭收复，大为光火的第十五师团师团长酒井中将到前线督战，在兰溪城北1.5公里处，意图登高远眺战况时，意外踏中地雷被炸身亡。日军猛烈攻击，兰溪守军顽强抵抗。日军迂回占领了兰溪西面龙游后，兰溪守军接到撤退的命令后才撤出兰溪。
第28军192师守寿昌，在寿昌外围依托山地工事节节阻击，并协同工兵部队在交通要道埋设地雷群，迟滞日军机械化部队行进，第21军第146师在大小长山与敌进行激烈战斗。日军第32师团经激烈战斗最终攻陷寿昌，并与第116师团一部会合，进抵衢江北岸的莲花镇一带。
第79师、新编第31师一部防守金华，25日第70师团在20余架飞机的掩护下，发动了强攻，防守金华正面的第79师进行了顽强的抵抗，国军依靠防卫工事打击日军，坚持战斗。日军使用了毒气弹，导致中国守军遭受重大伤亡。28日清晨，日军最终突破了金华城的最后一道防线，冲入了城内 。第79师的将士们同日军进行了一场激烈的巷战。他们借助街道、房屋等障碍，和日军展开了拼死战斗，第79师伤亡惨重，无奈只能朝着北山、大盘山方向实施突围，最终金华失守。
31日西线日军第11军开始行动了，一路向南渡从南昌过抚河沿浙赣铁路及其两侧发起进攻，赣东战役由此开始。当日，日军出师不利，11军主力渡抚河时，包括34师团218联队第2大队长田中贡少佐在内的21名官兵溺毙。此后，日军分为4路窜犯：一路第34师团为主力，向东沿浙赣铁路线进攻。二路竹原支队，向赣东北郡阳湖沿岸及信江北岸侵扰，牵制三战区在长江南岸的部队。三路第3师团为主力，向东南临川方向进攻。四路井手支队为主力、第3师团一部沿赣江东岸向南窜犯。
第9战区第4军、第58军、第79军、第74军已来到了赣东，第58军布置在丰城、崇仁一线，第74军秘密潜伏在宜黄至南城之间山地梨溪一带，第79军布置在抚州、第4军布置在宜黄、南城线。装开口袋，等待日军入套，第3师团是这四个军的老对手了，第二次长沙会战，第74军曾重创过第3师团。