1937年7月7日，爆发了震惊中外的卢沟桥事变。第二天，中共中央率先向全国发出通电，大声疾呼：“平津危急！华北危急！中华民族危急！只有全民族实行抗战，才是我们的出路。”号召：“全中国同胞，政府与军队，团结起来，筑成民族统一战线的坚固长城，抵抗日寇的侵略！”
1938年，毛泽东在抗大讲演。7月17日，卢沟桥事变后的第十天，蒋介石在庐山发表谈话，宣布：“如果战端一开，就是地无分南北，年无分老幼，无论何人，皆有守土抗战之责任。”这对蒋介石来说，是一个大的进步。
对于蒋介石的宣告，毛泽东说：“这个谈话，确定了准备抗战的方针，为国民党多年以来在对外问题上的第一次正确的宣言，因此，受到了我们和全国同胞的欢迎。”同时，他也清醒地看到蒋介石在对内政策上没有提出任何改进措施，特别是没有宣布全国人民的总动员，没有改革旧的政治机构，没有提出改良人民生活的纲领，对中国共产党仍不允许公开活动。这是一个很大的矛盾。
7月30日，北平、天津相继陷落。在日军的进逼下，蒋介石密邀毛泽东、朱德、周恩来到南京共商国防问题。8月4日，毛泽东和张闻天又电请朱、周、叶到南京后代表中共提出对整个国防问题的建议，指出：“总的战略方针暂时是攻势防御，应给进攻之敌以歼灭性的反攻，决不能是单纯防御。”
这时日本军队的大举进攻上海，直接威胁到国民党统治集团的心脏地区和英、美等国的在华利益，使蒋介石感到不得不进行全国性的抵抗，否则自身的统治也难以保持，于是，在国共谈判中表现出较多的合作愿望。根据中共中央的指示精神，周恩来等同国民党经过反复谈判，终于达成协议：朱德、彭德怀为八路军正、副总指挥；主力红军充任战略游击队，执行侧面战、协助友军、扰乱与钳制日军大部并消灭一部的作战任务。
这时，中共中央决定在洛川召开政治局会议。由于会议要讨论军事问题，吸收了前方主要将领参加，实际上成为一次政治局扩大会议。
洛川会议是在8月22日至25日召开的。毛泽东在会上做了军事问题和国共两党关系的报告，并作了多次发言。
他分析了抗日战争的形势：现在已经开始的政府抗战，得到了人民的拥护，但人民还没有大规模地参加，这就成为现在的弱点与今后的任务——即全面的全民族的抗战。“我们的方针最基本的是持久战，不是速决战，持久战的结果是中国胜利。”
毛泽东明确地提出红军在抗日战争现阶段的战略方针以游击战争为主。
关于国共关系，毛泽东指出现在统一战线正在成熟中，但国民党还在限制和破坏我们，我们是继续有原则地让步，即保持党和红军的独立性，要有自由，而采取不决裂的方针。
在会上，毛泽东还提出，主力部队开赴前线后，要留下一支部队巩固陕甘宁根据地，使它成为中国共产党领导的抗日力量的大本营。这支部队称为留守兵团，以后在保卫陕甘宁根据地的斗争中发挥了重要作用。
就在洛川会议的前一天，蒋介石正式任命朱德、彭德怀为国民革命军第八路军总指挥、副总指挥。25日，毛泽东、朱德、周恩来以中共中央军委主席和副主席的名义发布命令，宣布红军改名为国民革命军第八路军，朱德任总指挥，彭德怀任副总指挥，任弼时为政治部主任，邓小平为副主任，叶剑英为参谋长，左权为副参谋长。第八路军下辖3个师：第115师，第120师，第129师。命令指出各师改编为国民革命军后，必须加强党的领导，保持和发扬十年斗争的光荣传统，坚决执行党中央与军委会的命令，为党的路线及政策而斗争。红军经过改编立刻奔赴战争前线，去打击日本侵略者。
9月25日，八路军115师利用有利的时间和地形条件，集中兵力发动了平型关战斗，并取得了中国军队自抗战以来的首次大捷。战斗前，毛泽东已同意前方提出的想以一旅集中、相机给敌以打击、暂时不分散的意见。战斗胜利的喜讯传到延安后，毛泽东十分高兴，立即致电前方，庆贺这一胜利。在平型关战斗的基础上，毛泽东又进一步明确地提出八路军作战的根本方针是争取群众，组织群众的游击队。在这个总方针下，实行有条件的集中作战。
10月初，华北局势进一步恶化。日军占领保定，河北正面战场的抗战基本结束。在侧翼遭受严重威胁的情况下，国民党军队放弃雁门关至平型关的内长城防线，退守太原的北方门户忻口。
10月6日在仔细研究华北战局后，毛泽东致电周恩来、朱德、彭德怀等，要他们转告山西军事当局：敌人占领石家庄后，将向西面进攻，因此龙泉关、娘子关两点应集结重兵坚守，以便主力在太原以北取得胜利；在正面忻口地区的守备和出击中，出击是主要的。并提出：八路军115师、120师主力将担任从东、西两方破坏忻口地区日军的侧后纵深地区；129师主力或全部将使用于正太铁路，发动群众，配合娘子关守军作战。
根据毛泽东的指示，八路军第115师主力夺回平型关，并收复涞源、定县等7座县城，切断了日军从张家口经平型关到忻口的交通线。忻口前线日军只能主要靠空运来维持给养。第120师一度收复雁门关，伏击日军辎重部队，截断了从大同经雁门关到忻口的交通。第129师陈锡联团又在10月19日乘黑夜突然袭击阳明堡日军机场，焚毁日机20余架。日军的机械化部队的行动，依赖后方供给的程度很大。八路军各部队的行动，使日军的后方补给线陷于半停顿状态。
忻口战役是抗战初期华北战场上作战规模最大、战斗最激烈的一次战役，该战役将南下的日军主力挡住了21天。这次战役，也是抗战初期国共两党领导的军队密切配合作战最为成功的一次。由于国共双方在这次战役中诚意合作，取得了较好的战果。
10月中旬，日军主力占领石家庄后沿正太铁路西进，包抄忻口的后方。28日，娘子关失守。31日，阎锡山下令放弃忻口。11月8日，太原失守。
