“四项保证”表明中共对国民党作出了很大的让步，但双方分歧很大。1937年2月中旬至7月中旬，中国共产党代表周恩来、秦邦宪、叶剑英、林伯渠等与国民党代表蒋介石、宋子文、顾祝同等先后在西安、杭州、庐山进行了多次关于国共两党合作抗日的谈判。但因国民党方面坚持取消共产党组织上的独立性，取消红军，取消革命根据地的主张，双方没有达成协议。
1937年7月7日，卢沟桥事变发生，第二天中共通电全国，表示愿意在蒋委员长领导下为国效命。毛泽东、朱德、彭德怀等联名致电蒋介石，表示红军愿改名为国民革命军，为抗日前驱，在蒋委员长领导下，与敌决一死战。但蒋介石反应冷淡。
7月13日，周恩来、秦邦宪、林伯渠再上庐山，再次同蒋介石谈判。蒋介石态度消极，自食其言，漫天要价。中共方面作出很大的让步，蒋仍不满意。中共中央指示周恩来速回延安，不再与之谈判。周恩来临行对蒋说，红军即将改编，出师抗日，改编后的红军不仅设政治部，还要设总指挥部，无论军队还是边区政权，中共都保持独立原则，南京方面不得派一人。说罢，随即返回延安。
此时，日军疯狂进犯，国民党军接连失利。战事扩大到山东、山西，同时沿津浦路、平汉线南下。时局紧迫。蒋介石只好召开国防会议，邀中共代表出席。中共派周恩来、朱德、叶剑英参加会议，并再次同南京方面举行谈判。8月13日日军大举进攻上海，与南下津浦、平汉线的日军相呼应，威胁南京。蒋介石此时南北不能兼顾，迫切需要红军出兵华北，牵制日军，因此同意了红军改编。
8月19日，南京政府正式同意红军改编为国民革命军第八路军，改编后设总指挥部，朱德、彭德怀分任正、副总指挥。8月22日，国民政府军事委员会正式公布改编命令，后按抗日序列，将八路军改为第十八集团军。8月25日，红军正式改编为国民革命军第八路军，朱德、彭德怀为正、副总指挥，叶剑英任参谋长，左权为副参谋长，任弼时、邓小平为政治部正、副主任。
7月中旬，秦邦宪、叶剑英继续同南京谈判，内容涉及国共合作宣言、南方游击队、八路军开赴抗日前线等问题，取得了一些一致意见。9月22日，国民党中央通讯社公开发表了《中共中央为公布国共合作宣言》，23日蒋介石在庐山就国共合作宣言发表谈话。
《中共中央为公布国共合作宣言》的公开发表和蒋介石的庐山谈话，表明国民党承认了共产党在全国的合法地位和愿意同红军合作抗日的意向，标志着第二次国共合作正式建立。抗日民族统一战线终于实现。
台儿庄大捷
日本侵略军1937年12月13日和27日相继占领南京、济南后，为了迅速实现灭亡中国的侵略计划，连贯南北战场，决定以南京、济南为基地，从南北两端沿津浦铁路夹击徐州。
台儿庄是徐州的门户，它位于徐州东北30公里的大运河北岸，临城至赵墩的铁路支线上，北连津浦路，南接陇海线，扼守运河的咽喉，是日军夹击徐州的首争之地。
在方圆不足50千米的地域内，日军先后投入第10、第5师团的大部分兵力，共3万余人。中国军队直接投入这一地区的有孙连仲的第2集团军和汤恩伯第20军团近10个师，约10万人，中国军队数量上虽占优势，但由于武器装备差，双方的力量对比仍是敌强我弱。1938年3月23日至4月8日，中日两军在这一地区展开了前所罕见的鏖战。
为诱敌深入，3月23日，国民党军第31师刘兰斋连长率骑兵连从台儿庄出发，向峄县方向搜索前进，91旅旅长乜子彬率183团跟进，在峄县城南康庄与日军遭遇。台儿庄地区战斗正式打响，国民党军马队为诱敌深入边打边撤，3月24日，日军逼近台儿庄，开始向台儿庄地区大举进攻。
日军在台儿庄北五里刘家湖村设有炮兵阵地，排列10门大炮，向台儿庄猛轰。91旅183团3营营长高鸿立率领士兵，每人一把大刀，8颗手榴弹，杀入敌人炮兵阵地，砍得敌人无法招架，弃炮而逃。当时台儿庄战场上流传着“活张飞大闹刘家湖”的佳话。
3月24日，日军2000多人在飞机、大炮和坦克的配合下，开始向台儿庄大举进攻。坚守台儿庄北门的186团1营在王震团长和姜常泰营长的指挥下顽强抵抗，并在城北门外与日军展开白刃战打退日军的多次进攻。1营是新兵，入伍才半年，几乎全牺牲在台儿庄北门，王震团长也亲自架起机枪向城外日军扫射。当晚，日军200人突破小北门，躲进小北门附近的泰山庙，王震团长亲率将士围攻泰山庙之敌，终将其消灭。
3月27日，得到增援后的日军对台儿庄城发动第3次攻击。日军炮轰台儿庄围墙，北城墙被炸塌，小北门亦被毁，守卫小北门的181团3营官兵牺牲殆尽，300多日军突入城内，惨烈的巷战开始。日军福荣大佐指挥的攻坚部队主力南下，会合攻城部队再次向城内猛冲。
4月6日，国民党第五战区司令李宗仁赶到台儿庄附近，亲自指挥部队进行全线反击，中国军队全线出击，杀声震天。敌军已成强弩之末，弹药汽油用完，机动车辆多数被击毁，其余也因缺乏汽油陷于瘫痪，日军狼狈逃窜。日军濑谷支队力战不支，炸掉不易搬动的物资，向峄县溃逃。中国军队乘胜追击，敌除濑谷支队残部数千人逃掉外，其余全部被歼。一直防守的孙连仲部，听说反击，神情振奋，命令一下，杀声震天。李宗仁命令部队猛追，敌兵遗尸遍野，各种辎重到处皆是。
台儿庄战役，历经月余，我军毙伤日军11984人，俘虏719人，缴获大炮31门，装甲汽车11辆，大小战车8辆，轻重机枪1000余挺，步枪10000余支。
台儿庄战役的胜利，在政治上增强了全国军民抗战必胜的信心，鼓舞了抗日军队的士气，用胜利的事实证明了“亡国论”是没有根据的。在军事上取得了消灭日军一万余人的胜利，达到了消耗日军兵力的目的。这些都是有利于抗战持久战的总方针实现的。
百团大战
1940年7月，日本军国主义确定了新的侵华计划：“南取昆明，中攻重庆，北进西安。”同时，对国民党采取政治诱降为主、军事进攻为辅的方针，对八路军和敌后抗日根据地，则进行疯狂“扫荡”。
在这种形势下，国民党内部投降主义滋长，华北的抗日斗争面临着更大的困难。为振奋全国人民的抗战精神，克服投降危险，扭转整个战局的被动局面，八路军总部决定在华北地区组织一次破袭战，采取“截线拔点”的方法，投入较多兵力，截断正太路等敌之主要交通线，使其联络中断，经济断绝，增援不得，然后再采用奇袭、围困、强攻等多种方式歼敌，拔掉其在根据地腹地的据点，以此促成华北战局的发展，打破其进攻昆明、重庆、西安的战略部署，以此振奋全国人民的精神，争取局势的转变。
7月22日，八路军总司令朱德、副总司令彭德怀、副参谋长左权下达《战役预备命令》，规定以不少于22个团的兵力，大举破击正太铁路。同时要求对同蒲、平汉、津浦、北宁、德石等铁路以及华北一些主要公路线，也部署适当兵力展开广泛的破击，以配合正太铁路的破击战。
8月8日，朱德、彭德怀、左权下达《战役行动命令》，规定：晋察冀军区破击正太铁路石家庄至阳泉（不含）段；第129师破击正太铁路阳泉（含）至榆次段；第120师破击忻县以北的同蒲铁路和汾（阳）离（石）公路，并以重兵置于阳曲南北地区，阻击日军向正太铁路增援。要求各部在破击交通线的同时，相机收复日军占领的一些据点。
在这些地区和交通线上，驻有日军三个师团全部、两个师团的各两个联队、五个独立混成旅团全部、四个独立混成旅团的各两个大队、一个骑兵旅团的两个大队，共20余万人，另有飞机150架和伪军约15万人。
按八路军总部原来规定，参战兵力不少于22个团。但战役发起后，由于八路军广大指战员和抗日根据地民众痛恨日军的“囚笼政策”，参加破击战的积极性非常高，因此各部投入了大量兵力，计晋察冀军区39个团、第129师（含决死队第1、第3纵队等）46个团、第120师（含决死队第2、第4纵队等）20个团，共105个团20余万人，还有许多地方游击队和民兵参加作战。
当彭德怀、左权在八路军总部作战室听取战役情况汇报，得知实际参战兵力达到105个团时，左权兴奋地说：“好！这是百团大战。”彭德怀说：“不管一百多少个团，干脆就把这次战役叫做百团大战好了！”由此，正太战役就发展成为百团大战。
从8月20日至12月5日的三个半月中，我敌后军民共进行大小战斗一千八百多次，计毙伤日军两万多人，伪军五千多人；俘日军二百八十多人、伪军一万八千多人；破坏铁路九百多里、公路三千里；破坏桥梁、车站二百五十八处，并缴获了大批武器和军用物资。
从歼敌（日军）数字看，八路军独自发起的百团大战不亚于1939年蒋介石部署全国十个战区71个师发起的对日冬季攻势的战果，如果加入歼灭伪军数字，八路军的战果还高于国民党军全军在冬季攻势的歼敌数字，由此大大提高了八路军的政治地位。
百团大战的胜利成果，是抗战以来最令人振奋的，连国民党也不得不表示佩服。第一战区司令长官卫立煌给朱德、彭德怀发电，表示“深表钦佩”，说：“贵部发动百团大战，不惟予日寇致命之打击，且予友军以精神上之鼓舞。”蒋介石来电说：“贵部窥此良机，断然出击，予敌甚大打击，特电嘉奖。”
日军遭此沉重打击后，士气大落，华北方面军总司令多田骏被撤职，敌人的战略部署被打乱了。同时百团大战也鼓舞了中国军民的抗战信心，克服了国民党中投降主义的倾向，人们从中看到了抗战胜利的曙光。
皖南事变
抗战爆发后，由于中国军队的英勇抵抗，日军不得不由战略进攻转为战略防御，抗日战争进入相持阶段。与此同时，国民党军队在日本诱降、英美劝降的情况下，反共的情绪又有所增长，反共摩擦活动不断。
1940年3月以后，反共摩擦的中心移向华中，国民党把矛头指向新四军，制定《限制皖南新四军具体意见》，下令新四军在长江以北的第四、第五支队开赴到江南的南京、芜湖一带，以隔断新四军与八路军的联系，同时制订出进攻新四军的计划。
国民党的挑衅在新四军的坚决还击下，进攻被打退。蒋介石阴谋未得逞，又于7月16日提出《中央提示案》，无理要求削减八路军、新四军编制，要在华中抗战的八路军、新四军开到黄河以北，妄图将其在与日伪夹击下加以消灭。
1940年10月19日，何应钦、白崇禧在蒋介石指挥下，以国民政府军事委员会正副参谋总长的名义，向八路军总司令朱德、副总司令彭德怀、新四军军长叶挺发出《皓电》，蔑称八路军、新四军“不守战区范围自由活动；不遵数量编制自由扩充；不服从中央命令破坏行政系统；不打敌人专事吞并友军”。宣布将《中央提示案》“正式抄达”，限令黄河以南的八路军、新四军1个月内全部开到黄河以北。第二次反共高潮开始了。
国民党顽固派发出《皓电》后，阴谋策划围歼皖南新四军，其阴谋是：如皖南新四军移动，就乘机围歼新四军于途中，或借日伪军之手将新四军消灭于渡江之际；如新四军不动，则以不服从命令为借口就地歼灭。
中共中央经反复研究后，于11月7日向全党发出《关于反对投降，挽救时局的指示》，强调形势严重，全党必须动员起来，反对投降分裂，挽救时局危机，全党中心任务是反对投降和内战，应痛击以何应钦为首的亲日派和内战挑拨者，并指出蒋介石还有抗日的可能，应尽量争取。
11月9日，中共中央以朱德、彭德怀、叶挺、项英名义致电蒋介石，拒绝其要八路军、新四军开到黄河以北的无理命令；同时表示为了顾全团结抗战，可以将皖南新四军移到长江以北。
1941年1月4日，新四军军部及所属部队共9000余人，在叶挺、项英率领下，分三个纵队北上，计划绕道茂林，由三溪、旌德、宁国、郎溪经苏南北渡。从5日开始，北上部队遭到敌优势兵力的袭击。9日，新四军于茂林地区被敌包围。10日上午，皖南新四军各部约5000人到达石井坑，被优势敌人包围，叶挺、项英一面构筑工事，控制制高点，休整部队待机突围；一面致电党中央，表示“上下一致，决心打到最后一人一枪”。
12日，敌军5个师向我军合击，新四军指战员英勇奋战，坚守石井坑，待机突围。这天，中共中央决定新四军由叶挺、饶漱石负责领导，两次发来电报，指示“如有可能，似以突围出去分批东进或北进为有利”，“同时应注意与包围部队首长谈判”，“重庆方面，正在交涉，但你们不要指望，一定靠你们自己”。晚上，叶挺决定突围，一部分突破了敌军的包围圈。
13日凌晨，新四军军部向东北方翻过一座大山，又遭到敌军重重包围，几次突围未果，损失很大，叶挺和饶漱石商定同敌军谈判。14日，叶挺给中共中央发出最后一次电报后，烧掉密码砸毁电台。为挽救危局，保全部队，下午4时，叶挺亲赴国民党处谈判，被敌扣押，新四军阵地旋被占领。
至此，皖南事变结束。事变中，新四军除2000余人突围或在群众掩护下保存下来外，3000多名指战员牺牲，3700多人被俘，政治部主任袁国平牺牲，副军长项英、参谋长周子昆在转移中被叛徒杀害。
17日，蒋介石发表命令和谈话，诬新四军为叛军，宣布取消番号，将叶挺交军法审判。至此，国民党把第二次反共高潮推向顶峰。
中国共产党对这一暴行进行了猛烈反击，认为只有针锋相对的斗争，才能打退蒋介石的挑衅和进攻，否则不足以团结全国人民，团结本党本军。全国人民同样义愤填膺，愤怒声讨国民党顽固派。爱国人士、民主党派、海外侨胞以及国际进步舆论也纷起谴责国民党顽固派制造内战的行径，同情和支持共产党的正义主张。国民党顽固派空前孤立。
1月20日，中共中央革命军事委员会发布命令，任命陈毅为新四军代理军长，刘少奇为政治委员，张云逸为副军长，赖传珠为参谋长，邓子恢为政治部主任。新的军部于1月25日在苏北盐城宣告成立。
由于共产党的坚决斗争及国内国际舆论的压力，蒋介石在1941年3月6日的国民参政会第二届会议上“保证”决不再有“剿共”的军事行动。14日，蒋介石约见周恩来，答应解决国共之间的若干问题。至此，以皖南事变为重心的国民党反动派的第二次反共高潮被彻底打退。
整风运动
百团大战后，日寇加紧了对游击区的“扫荡”和对抗日根据地的进攻；国民党反动派也积极进行反共活动，制造反共摩擦，对根据地进行的物质上和军事上的封锁加强。