1937年七七事变后,王耀武的五十一师(军政部补充第一旅扩编)从汉中调往上海,参加著名的八·一三抗战。五十一师的作战任务是,坚守在吴淞口附近以罗店为中心的阵地战,阻止日军从海上登陆,打破日军从川沙登陆经罗店直趋嘉定,并切断京沪线的企图,因此罗店的得失关系整个战局。日军发挥海陆空协同作战的优势,向罗店发动多次猛攻,均被五十一师官兵击退。王耀武还巧妙地运用夜战,派出部队强袭,先后击毙日军联队队长竹田和炮兵联队队长莫森,受到总部通报表扬,上海数家报纸如《申报》、《大公报》等均报道了五十一师战绩,还刊登了王耀武的照片。上海抗战进行3个月,双方投入兵力数十万人,战役结局虽然以中国的军队撤退而告终,但也重创了日军,同时挫伤了日军当局制定的“速战速决”灭亡中国的战略计划。战后将五十一师与五十八师合编成立七十四军,以俞济时为军长,之后七十四军成为国民党抗日劲旅,王耀武成为七十四军的一员主将。1937年12月初,王耀武率五十一师参加南京保卫战,奉南京卫戍司令长官唐生智的命令,负责淳化镇、牛首山一带的防御。此役从12月7日开始到13日结束,中国军队顽强地抵抗6天,终因武器悬殊而撤退。由于战役指挥的失误,中国军队撤退时十分混乱。王耀武率部队殿后,维持秩序,但他到了长江岸边已经无船过江。正在非常紧急之时,军长俞济时派副官带一只小火轮来接,才得以脱险。自此,他和俞济时的关系成为生死之交。五十一师官兵渡江到达浦口时仅剩4000余人,损失过半,不久即调至湖北沙市休整,补充兵员。台儿庄会战后,日本人为“报复”,同时试图歼灭中国军队主力,而中国政府方面盲目乐观,也集结主力在徐州,准备决战。结果日本人进行大迂回,意图一口鲸吞中国军队主力50万人。日本军14师团也就是土肥原贤二的第十四师团杀入兰封,中国军队则反包围,试图吞掉这个师团。这个兰封会战,74军参加了,但是没什么值得一提的。此战中国军队十余师团吞不下土肥原师团,反而差点被日本人合围,被蒋介石称为“千古笑柄”。但是接下来,就是74军的成名之战:万家岭战役(1938年7月)。此战役应该算武汉会战的前奏或者组成之一,日本人试图逼近武汉,结果又一次自大,把106师团送进了包围圈。但是日本人的战斗力和装备都强于中国军队,因此为了解救这个106师团,避免它成为第一个在中国战场被全歼的师团,日本人也下了血本。在其中,74军先是以58师对抗106师团攻击(这个不是王耀武的战功,因为师长是冯圣法),全师打到只剩下500人,师长向军长俞济时求救,军长手里也没人了,最后给自己留下一个班,把最后一个营派了上去。这个营上去的时候,日本人已经冲入阵地,当即肉搏,再把日本人赶出去!被日本人打了,那就得打回来。反击的时候,主攻也还是74军,这就是王耀武的51师了。第一天攻击,就让日本人伤亡惨重,残部死守张古山。这个山山势很险,中国军队屡攻不下。俞济时告诉王耀武:“张古山我不管了!反正两天后,我要上张古山向薛岳(战役指挥官)报告战况!”这个时候旅长张灵甫提议从绝壁上去。这一提议得到认可,张率部杀上日军阵地,夺取了张古山主阵地。日本人一度反攻,张就在张古山率部血战,第二次抢回阵地。这一战张灵甫部杀得尸山血海,一个团长重伤,一个代理团长阵亡,三个营长一死一重伤。张自己腿部受伤。这个伤一直没有治好,因此张灵甫后来就有点瘸,人称“张瘸子”,一直到他在孟良崮自杀。这一战,日本人承认的106师团死伤就有3000人以上。中国军方面,此一战薛岳成名,74军成名,张灵甫也成名,被编成了话剧,以真名出现在剧中。此战后,王耀武成为74军副军长,依然兼任51师师长。1939年6月,蒋介石亲自召见这位黄埔三期的名将,提升他为74军军长(俞济时升任第十集团军副总司令)。至此,抗日名将王耀武能够完全指挥一军,独立完成战术任务。1939年9月,王耀武率七十四军参加第一次长沙会战,奉命拦截向长沙进犯的日军106师团,激战于赣北重镇高安,王耀武运用反包围的战术,首先切断敌之退路,以五十一师为主攻部队,经过3天激战,于9月22日收复高安城。这一胜利有力地配合了长沙会战的主战场,为夺取整个会战的胜利创造了条件。第一次长沙会战历时1个月,日军出动10万人,并有海空军配合,中国军队出动约20万人,前后在3个战场进行鏖战。由于中国军队同仇敌忾,英勇作战,迫使日方返回原先阵地,取得武汉会战后的第一次胜利.