第五集团军1937年8月中旬奉令组建，首任集团军总司令为顾祝同、副总司令为上官云相，下辖第八军、第一军、第二十六军、第五十七军等部，属第五战区指挥管辖，淞沪会战爆发后，第八军、第一军等分别编入其他集团军战斗序列，顾祝同也调任第三战区副司令长官，直接指挥淞沪会战。1938年夏，于学忠任第五集团军总司令，下辖其基本部队第五十一军和宋希濂的第七十一军。1938年底，于学忠奉令率部组建鲁苏战区。后第五集团军番号调归第二战区，由驻守山西南部中条山的中国军队编组而成，集团军总司令为曾万钟、副总司令刘茂恩，下辖北伐时就存在的朱培德系统滇军第三军、刘茂恩的河南土著部队第十五军、高桂滋的陕北土著部队第十七军，其基本部队为第三军。1941年初，第五集团军及中条山战区部队划归第一战区指挥。此时，第五集团军仅指挥第三军和第九十八军。1941年夏中条山战役中，第五集团军总部及其主力第三军遭到惨重失败，第三军军长唐淮源、该军主力师第十二师师长寸性奇及大量官佐阵亡，1941年夏末，第九十八军在与日军作战中失利，9月29日，军长武士敏阵亡。后该集团军番号被撤销。1943年4月后，第五集团军番号在昆明行营恢复，集团军总司令为杜聿明，下辖第五军、第八军等部，其基本部队为第五军，该军是中国陆军第一支机械化部队，是军事委员会直辖的机动主力作战部队，1939年底曾在广西昆仑关用苏式装备全歼日军主力第五师团第二十一旅团，击毙旅团长中村正雄。后参加第一次入缅远征军，著名的抗日殉国将领戴安澜就是第五军第二○○师师长。

第六集团军1937年8月上旬由晋绥军部队编组而成，首任集团军总司令为杨爱源，副总司令为孙楚，下辖第三十三军、第三十四军等部，该集团军在整个抗战时期始终归第二战区指挥管辖，在山西境内作战，曾参加过平型关会战、忻口会战等。其第三十三军第二○三旅旅长梁镜斋、第一九六旅旅长姜玉贞分别在茹越口战斗、原平保卫战中阵亡殉国。1939年，第六集团军总司令为陈长捷，下辖第六十一军和第八十三军等部，曾发动过反共的“晋西事变”。1940年后，杨爱源又接任该集团军总司令，后该集团军一直辖有第十九军和第二十三军。

第七集团军1937年8月中旬由驻扎在晋北及察哈尔的中国军队编组而成，首任集团军总司令为傅作义、副总司令为刘汝明，下辖第三十五军、第六十一军、第六十八军、第十七军和第十三军，属第二战区指挥管辖。曾参加平绥路南口保卫战、雁北作战和忻口保卫战等。在张家口保卫战中，第六十八军保安第二旅旅长马玉田阵亡殉国。1938年初，傅作义率其基本部队第三十五军赴绥远组建第八战区副司令长官部，第六十八军、第十三军、第十七军也奉令脱离该集团军指挥。但第七集团军番号仍留在第二战区，后赵承绶继任第七集团军总司令，下辖第八十三军、骑一军等部。1941年以后，赵承绶的第七集团军一直指挥管辖第三十三军和第三十四军。1942年6月，其第三十四军暂编第四十五师师长王凤山在晋西南与日军作战中阵亡。

第八集团军1937年8月中旬奉令组建，首任集团军总司令为张发奎，下辖第六十九军的第五十五师、第五十七师、第六十一师、第六十二师等部，属第三战区指挥管辖，该集团军曾参加淞沪会战，担任右翼作战任务。1938年初，第八集团军转为军事委员会直辖兵团，张发奎仍任司令，下辖第三十六师、第五十师、第九十二师、第九十三师及第一六七师。后该集团军建制撤销，其番号给予在山西的第二战区的晋绥军部队，新任第八集团军总司令为孙楚，初期指挥管辖第六十六师、第二十一师等部，后指挥管辖第三十四军、暂编第一军。自1943年起，该集团军总司令为孙楚，副总司令为楚溪春，一直指挥管辖第四十三军和第六十一军等部队。

第九集团军1937年8月中旬在上海地区组建，首任集团军总司令为张治中，下辖第三十六师、第八十七师、第八十八师，均系原国民政府警卫军，由德国顾问训练的精锐之师，是最早投入淞沪战场的部队，属第三战区指挥管辖。1937年8月13日，在淞沪战场最早阵亡殉国的黄梅兴将军就是第八十八师第二六四旅旅长。9月中旬，朱绍良接任第九集团军总司令，第十八师、第六十一师加入该集团军战斗序列，这时该集团军担任淞沪战场中央地段防守任务。坚守四行仓库的“八百壮士”就是由第八十八师第二六二旅第五二四团的官兵组成。10月25日，该集团军第十八师师长朱耀华因所扼守的大场防线被突破，官兵伤亡惨重，无力恢复而自戕殉国，成为抗战爆发后首位自杀殉国的中国将军。后在南京保卫战中，该集团军第八十七师第二五九旅旅长易安华、第八十八师第二六四旅旅长高致嵩、第二六二旅旅长朱赤均阵亡殉国。1938年夏，第九集团军番号调归第九战区指挥管辖，集团军总司令为吴奇伟，下辖第六十四军、第七十军、第二十五军、第四军、第八军和第六十六军等部，驻扎江西，曾参加武汉会战，是万家岭大捷的主力参战部队，该战全歼日军四个联队。到1939年春，第九集团军只辖第四军、第四十九军，参加过南昌战役。1940年，第九集团军番号转归第四战区，集团军总司令为关麟徵，下辖第五十四军、第六军。1943年，第九集团军又调归昆明行营指挥管辖，关麟徵仍任集团军总司令，其起家部队第五十二军加入该集团军战斗序列。后第五十四军、第六军调离该集团军。1945年春，第九集团军及第五十二军奉令编入中国陆军总司令部直辖的、专门用于战略反攻任务的四个方面军中的第一方面军，关麟徵任第一方面军副总司令。

第十集团军1937年8月下旬奉令组建，首任集团军总司令为刘建绪，下辖陶广的第二十八军和李觉的第七十军等湖南部队，属第三战区指挥管辖，该集团军曾参加淞沪会战右翼战线作战，后驻守浙江一线。1938年夏，第七十军调离，第十集团军只辖第二十八军的第六十三师、第一九二师、第一九四师、第一○七师和预十师等部。1939年，第九十一军加入该集团军战斗序列.1940年后，王敬久任第十集团军总司令，下辖王铁汉的第四十九军，何绍周的第八十八军和冯圣法的暂九军，1942年，该集团军曾参加浙赣会战。1943年后，第十集团军番号转归第六战区，集团军总司令仍为王敬久，但其下辖部队改为陈诚“土木系”的3个军，即第十八军、第六十六军、第七十九军，驻守湖北，曾参加过鄂西会战、常德会战等。1945年起，该集团军指挥管辖第六十六军和侯镜如的第九十二军，曾参加过湘西会战的策应作战.

第十一集团军1937年底奉令组建，首任集团军总司令李品仙，下辖韦云淞的第三十一军桂系部队，属第五战区指挥管辖，曾参加徐州会战，在明光、滁县一线顽强抗击日军。后该集团军改辖覃联芳的第八十四军、张义纯的第四十八军、何知重的第八十六军等部参加武汉会战。1939年，该集团军指挥第八十四军和刘和鼎的第三十九军。10月，李品仙调任豫鄂皖边区游击总司令兼第二十一集团军总司令，夏威、黄琪翔先后接任集团军总司令，并参加随枣会战和枣宜会战。1940年5月，第八十四军第一七三师师长钟毅将军在唐河战役中殉国。后第三十九军转归第三十三集团军指挥，第八十四军转归第二十一集团军指挥，9月，第十一集团军在第五战区撤销。1941年末，第十一集团军番号调归昆明行营使用，宋希濂任总司令，张轸任副总司令，下辖第七十一军及预二师、新三十九师和新二十九师等部，曾在云南怒江一线抗击进犯日军。1944年春，第十一集团军调归中国滇西远征军司令部指挥，下辖王凌云的第二军、黄杰的第六军、钟彬的第七十一军等部。5月中旬，该集团军参加滇西反攻战役，经过极其惨烈的8个月激战后攻克龙陵、松山、畹町等地，与滇西远征军第二十集团军及中国驻印军反攻部队共同打通滇缅路，在芒友胜利会师，歼灭日军第二、第十八、第五十六师团等部，创造了抗战爆发后中国军队对日作战单一战场战绩最重大的一次胜利。同年9月，黄杰继任第十一集团军总司令。后该集团军的第七十一军编入中国陆军总司令部用于担任战略反攻任务的四个方面军中的第三方面军，第二军编入中国陆军总司令部直辖部队，第十一集团军番号撤销。