五十九军从潢川撤退后，向经扶（今河南新县）转移，占领大别山隘口继续御敌，并留置一部于光山牵制阻滞日军。
自参战以来，张自忠一战淝水，二战临沂，三战潢川，每战皆捷，战绩显赫，声名大振，职务也连获晋升。10月12日李宗仁致电张自忠，告知他已被任命为第三十三集团军总司令，下辖五十五、五十九和七十七军。并令他指挥第五十九军和七十七军，右对潢川自行掩护，左对豫南兵团联系，七十七军一三二师之一部可推进至光山附近，截断潢川、信阳公路，主力向罗山附近敌之侧背攻击，策应豫南兵团之战斗。
张自忠奉命后，即指挥部队在经扶县宣化店以北地区与敌交战，迟滞南进日军。日军虽步步进逼，攻势猛烈，但张自忠防御得力，迄10月21日，该方面之敌，仍被阻滞于经扶、宣化店以北地区。
10月中旬，武汉南北屏障大部均告失守，各路日军已逼近武汉，对武汉形成钳击态势。与此同时，日军第二十一集团军在广东大亚湾登陆，向广东发起进攻。
蒋介石认为，此举表明日军逐步将战局重心由平汉路移至粤汉路方面，因而决心结束武汉会战。
第五、第九战区，随即开始部署撤退。
10月17日，张自忠出席了在宋埠召开的第五战区高级将领会议，商讨撤退事宜。会议决定，战区主力逐次向平汉路以西转移，确保鄂西；以一部留置苏皖边区及大别山脉实行游击，牵制西进之敌。
其中，第三十三集团军经花园、安陆向黑流渡镇、京山、平坝附近一线转移阵地。刘汝明之第六十八军由张自忠指挥。
10月24日晚，蒋介石飞离武汉。
战区主力也开始向平汉路以西撤退。
鉴于日军第十三、第十六师不断向经扶、沙寓等地各隘口猛烈攻击。给战区左翼兵团造成很大威胁。李宗仁决定以三十三集团军第五十九军和第十军担任殿后，负责掩护。这样，继徐州突围之后，张自忠又一次担起了殿后的重任。
在国民党时期，军队派系复杂，互相存在芥蒂，几乎所有将领，都视自己部队为个人地位的保障，在此情况下，殿后掩护是他们无论如何都要设法尽力推脱的任务，因为这是一个苦差事，弄不好会把自己手上的“老本”全赔了进去，说不定包括自己的老命，即或命不会丢，但如果把自己手上的“本钱”整完了，你还能在这军界立足么！
以五十九军屡经大战，伤亡惨重的具体情形，张自忠也完全有理由对这项安排提出异议，但他仍然无条件的接受了任务。在他看来，军人以服从命令为天职，尤其是在这种神圣的民族抗战中，作为一个军人，为了保卫国家，抗击外侮，更应该绝对服从命令，不能亵渎、沾污军人这个光荣称号。
当然，张自忠这么作，他这样绝对服从命令，不怕牺牲，源于他具有极其强烈的爱国心；他的内心深处，还有着由于在平津的那一段经历，他本来言行当应问心无愧，而且当时的作为也并非他自己所愿那样去委屈以示求全。但却一度引起国人的误解、误会。他要以人之所不为、人之所不能的实际行动，去洗刷、去证实自己的清白、自己的赤忱与忠诚。
10月24日晨，张自忠命所属部队就地占领阵地，全力阻击南犯日军，掩护左翼兵团主力撤退。直至友军完全撤离后，方于24日晚，向二郎店（大悟）、黄陂一线转移。
这次执行殿后任务，张自忠还是像徐州突围一样，率三十八师始终走在部队的最后，成为名副其实的殿后。
撤退途中，张自忠指挥部队在平汉路花园车站挫败了大股日军的阻击。在云梦以北强渡涢水后，又成功挫败了日军第十师的截击。同时，张自忠还命三十八师据守京山以东地区，收容沿途散兵；其余部队，继续前进，直到11月中旬到达鄂北钟祥、荆门地区。
冯治安的七十七军在撤退中途受阻于应山东北地区，无法南下。不得已辗转北上，11月1日在信（阳）罗（山）公路突围，渡过淮河绕道驻马店、南阳一线，终于11月27日到达钟祥、应山东北地区，与五十九军会师。
