1941年12月7日，日本偷襲美國珍珠港，太平洋戰爭爆發。中國開始獲得美國的大量軍火和軍備。為適應新形勢，國民政府軍事委員會將全國劃分為十二個戰區。1941年12月24日，在第九戰區的湖南長沙，中日展開了第三次長沙會戰。經過二十餘天戰鬥，十萬日軍損失近半。長沙會戰是太平洋戰爭爆發後，在中國戰場上的一次大規模戰役。此役的勝利不僅鼓舞全國軍民，也配合盟軍在太平洋的作戰，提高了中國的國際地位。

蘇德戰爭和太平洋戰爭爆發後，包括美國在內的許多國家相繼對日宣戰，中國也於1942年12月9日正式對日、德、意宣戰，成為世界反法西斯同盟的一員。1942年8月，有二十六個反法西斯國家共同發表《聯合國家宣言》，標誌着「國際反法西斯統一戰線」的形成，中國是首先在《宣言》上簽字的四國之一。以蔣介石為最高統帥的中國戰區也於1942年初成立，負責中國、越南和泰國等戰場的對日作戰。自此，中國成為國際反法西斯陣線的重要力量。

太平洋戰爭爆發之初，日軍佔領了香港、緬甸及東南亞許多地區，將中國與外界隔絕。為保證中國戰場得到物資援助，1942年5月，美國派出空運部隊，與中國航空公司運輸隊共同開闢一條「駝峰」空運航線，自印度越過喜馬拉雅山，直達雲南昆明，成為當時國際援華的重要通道。美軍少將陳納德率領的美國志願援華空軍「飛虎隊」（後被改編為美國空軍第十四航空隊），是執行「駝峰航線」的主要力量。1945年9月15日，「駝峰航線」停航。