在日本政府的诱降下，国民政府内亲日派头子汪精卫公开投降。1940年3月，他在南京成立了伪国民政府，组织伪军，协同日本侵略军进攻抗日根据地。国民政府组织的三次长沙会战和1940年底的百团大战对日军造成重大打击，1940年彭德怀指挥的百团大战歼灭日伪军4万多人，其中日军伤亡2万多人；1940年的枣宜会战中，张自忠将军率部血战到底，不幸牺牲。1941年薛岳指挥的第三次长沙会战歼灭日军5万多人。这些大捷一度改变了当时中国国内的抗战士气。一些不受两党直接指挥的民兵组织（如蒙古抗日游击队等）也开始逐步壮大。至1940年7月，第18集团军已发展至近40余万人，并拥有约1亿人口的抗日根据地和近200万的民兵组织。成为华北方面日本不可忽视的强大力量。

百团大战后，侵华日军将视线转移至它们的后方——共产党控制的华北地区。开始将前线作战的日军抽调至华北，以维护对美、对华战争物资的流通，1941年底，华北日军兵力达到47万，并集中了傀儡政权中投入战场的全部伪军。为应对共产党方面的游击战术，采用了“保甲制度”来断绝共产党军队与当地民兵的接触，设立无人区，进行三光政策来压制八路军的活动空间。为达到这个目的，日本军队希望利用屠杀来震慑抗日力量，在华北进行了大量的屠杀惨案。并使用了违反国际法的生化武器来作战。其中1942年的冀中“五一大扫荡”，八路军和冀中根据地遭到最严重的损失，八路军伤亡1万多人，日军也伤亡2万人之多，有1万多青壮年被日军抓走充当苦力，战后八路军主力被迫撤离冀中，日军暂时控制了冀中平原。1942年太行区反扫荡中，八路军司令部遭到巨大损失，副参谋长左权牺牲，副总司令彭德怀惊险突围。中国政府根据1941年12月《中英共同防御滇缅路协定》，应英国政府请求遂以第五、六、六十六军，共十万余人组成远征军。由远征军第一路司令长官罗卓英和同盟国中国战区参谋长史迪威指挥，于1942年2月先后入缅作战。

另一方面，国民党的反共倾向也日渐增长，蒋介石采取“消极抗日，积极反共”的政策，掀起了三次反共高潮，妄图消灭共产党和敌后抗日根据地。中国共产党坚持“发展进步势力，争取中间势力，孤立顽固势力”的方针，领导解放区军民一面抗击日伪军的“大扫荡”，一面打退了国民党的三次反共高潮，巩固和发展了抗日根据地。至1943年12月，日军在兵力严重不足的情况下，被迫收缩战线，华北方面军停止向抗日根据地的进攻。