在国民政府宣布迁都重庆以后，国民党的最高军政机关并未立即迁到四川，而是转移到武汉。不久，南京沦陷，武汉成为事实上的战时首都。中国的九省通衢，一时成为全国乃至全世界关注的焦点。中国军队看出日军没有停止攻势的迹象，于是提出“保卫大武汉”的口号。
1938年1月17日，武汉卫戍总司令部成立，陈诚任总司令，卫戍部队共有十四个师、一个旅和特种兵一部。随后，又以七个师组成江防部队，任命刘兴为江防总司令，负责防守武汉下游的马垱、湖口、九江和田家镇等长江要塞。
蒋介石在二月份提出：“这次抗战，是以广大的土地来和敌人决胜负；是以众多的人口来和敌人决生死。……我们现在与敌人打仗，就要争时间。我们就是要以长久的时间来固守广大的空间，要以广大的空间来延长抗战的时间，来消耗敌人的实力，争取最后的胜利。”
毛泽东在五月写成了著名的《论持久战》，批驳了“速胜论”和“亡国论”，科学地预见到，持久的抗日战争必将经过战略防御、战略相持和战略反攻三个阶段，相持阶段是持久抗战转到最后胜利的“枢纽”。毛泽东还提出一套具体的战略方针，即主动地、灵活地、有计划地执行防御战中的进攻战，持久战中的速决战，内线作战中的外线作战。他同时提出“兵民是胜利之本”的论断。
《论持久战》实际成为指导全国抗战的军事纲领，得到包括国民党爱国将领在内的普遍重视。白崇禧经周恩来介绍，读了这篇论著，称赞这是克敌制胜的最高战略方针。几个月后，蒋介石在南岳召开军事会议，白崇禧把《论持久战》介绍给蒋介石，还说要全国人民都看一看。
徐州会战结束后，日本军方积极准备进行“汉口作战”，只等着裕仁天皇的号令。6月2日，裕仁指令陆军部发布进攻武汉的命令，要求在秋天占领武汉。畑俊六大将的华中派遣军奉命统一指挥这次作战。畑俊六迅速派出波田支队，在海军与航空队协同下，从芜湖溯江西进，进攻安庆。另派稻叶四郎的第六师团，在第三飞行团协同下，从合肥西进，连续击溃杨森的第二十七集团军和徐源泉的第二十六集团军等部队，在八日占领舒城。11日，日本海军通告驻汉口的各国领事，声称溯江进攻武汉的作战已经开始。
中国方面毫不示弱。6月5日，蒋介石在武汉召开国民政府最高军事会议，声色俱厉地发布命令：中国政府决定动员陆、海、空三军共一百二十三个师，在武汉外围与日军决战，彻底扭转抗战局面。
七月初，日本华中派遣军的兵力从徐州会战后的三个师团，骤然增加到十四个师团，另加两个旅团和两个支队，编组为四个作战单位。东久迩宫稔彦中将的第二军下辖四个师团、一个野战重炮旅团和直属部队；冈村宁次中将的第十一军下辖五个师团、一个支队、一个野战重炮旅团和直属部队；华中派遣军直辖部队有五个师团；德川好敏中将的航空兵团下辖三个飞行联队和直属部队、地勤部队。日军进攻武汉的总兵力约为三十万，配有各型飞机三百架，各型舰艇一百二十艘。
中国方面，蒋介石担任武汉保卫战的总指挥，命令从徐州战场转移到河南和安徽边境的第五战区部队共二十六个军五十八个师保持原有态势，确保大别山主阵地，积极击破沿江和从河南南部进犯的日军。立即成立陈诚任司令长官的第九战区，共辖二十三个军四十九个师，负责武汉及长江以南的防务。加上第三战区和第一战区的增援部队，以及骑兵、炮兵、工兵和海军、空军，参加武汉保卫战的兵力，约有一百万人。
6月12日，日军波田支队占领安庆。这是日军特意从台湾调来的具有精锐师团实力的一支部队，擅长山地湖沼作战和登陆作战。他们在安庆把武汉江防外围冲开了一个缺口，拉开了武汉会战的序幕。
22日，日军波田支队与海军第十一战队从安庆溯江西犯，进攻马垱。中国空军开始连续轰炸，两岸江防炮火猛烈轰击，漂雷浮在长江上，遏止日军舰艇西进。漂雷是由小型水雷改制而成的，能在一定深度的水中浮起，随水漂游，不易发现。漂雷结构简单，造价低廉，可以在短期内大量制造。湖南人宋达和邓萃功少校发明并监制漂雷，他们的工作在武汉保卫战中发挥了作用。
在中国军队的火力打击下，日军推进极为缓慢，三艘汽艇被岸上炮火击沉，一艘运兵的战舰触雷沉没。经过两天激战，日军仍然无法打通水上通道。波田支队无法从江上展开进攻，改派一支部队在马垱以东的茅林洲和香口一带登陆，沿长江南岸向马垱迂回。
马垱至湖口区要塞的指挥官李蕴珩，是第十六军军长，喜欢拉拢部属，结党营私。他觉得能像蒋介石那样当个校长非常过瘾，便在驻防地开办一次为期两周的训练班，把副职军官和排长都调离岗位，调来进行训练。活动热热闹闹地搞了十几天，在战事吃紧时，还要举行结业典礼，命令上尉以上军官都来参加，会后在司令部聚餐。负责香口江防的第五十三师第三一三团，连以上的军官都去了马垱镇。23日晚，整个马垱要塞一片寂静。激