1937年7月7日，日军挑起卢沟桥事变。事变后，宋哲元军长仍求和，派张自忠与日周旋，致张被误解。谈判失败后，全面抗战爆发，二十九军改编，张自忠任59军军长。
全面抗战后，张自忠将军遭诟病为“汉奸”，他深感委屈，决意在战场立功自证。台儿庄战役中，他不计前嫌，与庞炳勋联手，激战矶谷师团，赢得正面战场首胜，也让该师团首尝败绩。
台儿庄战后，日军增兵中国，中国军队转战内地，武汉成抗战指挥中枢。1938年7月，日军40万精锐南北夹击武汉。国民政府110万军力在长江至大别山防御，武汉会战爆发。9月6日，日军攻陷固始，逼近信阳，形势危急。
9月7日，国民政府急令张自忠率59军（仅黄维纲三十八师万余人）赴潢川阻敌。对手为矶谷廉介第十师团。虽兵力悬殊，59军仍顽强抵抗，日军施放毒气，损失惨重，但坚守不退。9日凌晨，一八〇师赶到，士气大增。
刘振三突袭上油岗日军，重创敌军。10日，一八〇师在陈营子、周寨激战，夜袭歼敌众多。至17日，因伤亡重、后援缺，潢川失守。日军轰炸后破城，双方展开巷战。
敌军趁缺口冲入，随即爆发巷战。守军自军团长起皆亲临前线，连续反击，致使敌军尸体遍布，护城河水都被染红。
9月18日，张自忠见局势不可逆，撤出潢川。他以一军之力（初为一师，后增至三师）抗敌12天，歼敌3000余，为中国军队赢得宝贵布防时间，奠定抗战基础，并洗清污名，成为抗日名将。