西安事变和平解决后，国共第二次合作，举国一心，齐力抗倭。早在1930年，陈诚即奉蒋介石之命，与钱大钧等人赴日本参观军事演习（时称观操）。日军演习时分成东西两军对抗，东军约有一师兵力，辖有机械化车队，西军有一师和一旅兵力，辖有重炮部队。演训目标是练习以不同兵种在复杂地形从事运动战。
陈诚回国后在呈送蒋介石的观操报告中指出，日军之训练与装备，我军均远不及之，日军之所以邀中国军官观操，目的在炫示武力。他并送给蒋两件纪念品：一是“大演习纪念册”，陈诚题字“伴君如伴虎”，暗示中国在日本旁边处境的艰危。二是一本“东岛风物彩片”相簿，封面上写“红映中华民族之血”。陈诚在册子里写道：“东岛进步，实肇始于甲午之役，勒索我赔款二万万两，及汉冶萍公司等，垄断中国之利权，数十年来强取豪夺，挹此注彼，始成其物质文明之突飞猛进。国人士游彼邦者每眈享受之乐趣，而忽其所由来。余于十九年冬讨逆军事告竣，东渡观操，觉娱乐之念息，戒惧之心生。置此作为警惕。”陈诚的这段话，爱国之情跃然纸上，而他对日本虎视眈眈中国的判断更显示了自己的见识。
八年抗战期间，陈诚直接参加且为中外瞩目之战役，为淞沪战役与武汉保卫战。他不断提出各种战略建议，对国民政府抗战时期整体战略构想的形成是作出了贡献的。淞沪战役爆发前一个月，陈诚去信蒋介石，认为与日和平无望，应尽速攻击前进，不要坐视日军后续增援，并建议如敌军进犯长江，我军应整体发动，肃清日本在租界区和各地的屯驻部队。20天后，正在庐山着手军官训练的陈诚，发了一封电报给蒋介石，力主只有“抱积极战之目的，全面战之方针，始可得万一之和平，与一部之胜利，否则无法言战，更无法言和”。陈诚反对委曲求和的看法，与何应钦等主和派站在对立面。
淞沪战事爆发的第二天，蒋介石急电陈诚返回南京共商大计。陈诚在南京待不到一天，即偕同熊式辉到上海视察战场。返回南京后，熊式辉认为中国没有能力和日本打仗，陈诚则力驳熊言，坚主为今之计，不是能不能打的问题，而是要不要打的问题。陈诚告诉蒋介石，华北战局扩大势不可免，一旦日寇占有华北，其快速部队必定从华北沿平汉铁路直驱武汉三镇，如此发展，中国战场将被切割为东西两块，在战略上对我国不利。只有扩大淞沪战役的规模，避免由北而南的攻势，转而诱导日军由东而西，沿着长江仰攻的打法才对我有利。在此之前，陈诚这套战略思维已在1936年10月于洛阳面报蒋介石。蒋当即连声赞同：“打、打，我们一定要打！”遂大举增兵上海，日军也被迫继续扩大淞沪战事。不久，蒋介石初步划定了全国范围的抗战攻防序列。
1937年8月24日，陈诚指挥部队加入淞沪战场的左翼军。日军海陆空协同作战，我军牺牲惨重，仅能阻挡日军进逼，无法实施聚歼。10月初，我军退守继续抵抗，日军续增援逾20万人。蒋介石任命陈诚为第三战区前敌总司令，负责淞沪战场全局指挥。淞沪战场是长期抗战的基础，也是国际观瞻的焦点。随着战场的变化，陈诚重新拟订了攻击计划。
