1937年10月12日晚，李宗仁到達南京。此時淞滬會戰已歷時兩月，國軍投入了幾乎全部精華，總兵力超過70個師70餘萬人，日軍總兵力為9個師團亦達30萬人，以松井石根大將為總司令，由於日軍海陸空火力優勢明顯，國軍犧牲巨大。

1、淞滬會戰

10月13日，李宗仁拜訪蔣介石，陳述其對華東戰局的意見：「國軍主動有序的撤離上海，以廖磊集團軍及其他增援部隊據守蘇嘉國防線，上海損失嚴重之部隊全部調回南京整補，戰力恢復後再增援蘇嘉國防線；實在無法堅守國防線，則做好放棄南京的準備」。

然而，由於當時「國聯」在布魯塞爾召開大會，歐美列強在上海均有其利益，因此蔣介石希望通過上海抗戰，引起國際社會對日本予以制裁，故此蔣於11月1日親至前線訓話，要求國軍「做更大的努力，在上海戰場再支持十天到兩個星期，以便在國際上獲得有力的同情和支援，上海是政府的一個很重要的經濟基地，如果過早地放棄，會使政府的財政和物資受到很大影響」，要求各部隊堅守原先陣地。但歐美等國並未對日進行制裁。

11月5日拂曉，日軍柳川平助第十軍計三個半師團12萬之眾，在杭州灣金山衛強行登陸，意圖截斷京滬線，包圍上海國軍。11月9日，國軍傷亡已達20萬人，全線已無法支撐，蔣乃下令撤退。

11月11日，上海市長俞鴻鈞發表告市民書，沉痛宣告遠東第一大都市上海淪陷。

11月13日，國民政府發表「自上海撤退之聲明」：“各地戰士，聞義赴難，朝命夕至，其在前線以血肉之軀，築成壕塹，有死無退，陣地化為灰燼，軍心仍堅如鐵石，陷陣之勇，死事之烈，實足以昭示民族獨立之精神，奠定中華復興之基礎”。淞滬會戰因國軍精銳死傷殆盡，因而後世史學家對於這場會戰的意義褒貶不一，而筆者以為國民政府所發表得自上海撤退的聲明是最好的歷史見證與結論！

淞滬會戰中，新桂系最精銳的廖磊第21集團軍於10月15日抵達戰場，隸屬中央兵團，第21集團軍因首次與現代化日軍進行立體作戰，犧牲嚴重，第7、第48軍少將以上高級將領夏國璋、龐漢禎、秦霖等三人陣亡、另重傷兩人，基層官兵傷亡過半。白崇禧聞訊整整兩日未進粒米。

2、上海大撤退

自上海撤退之國軍原計畫退守蘇嘉國防線，而國防線堡壘的鑰匙皆在蘇州、嘉興當地鄉紳手上，這些鄉紳卻大都已攜家逃往南京，而潰退的軍隊因秩序混亂，竟將這些要塞一一放棄，紛紛潰往南京。至此，國民政府歷時3年花費數億美元，長達80公里，由無數鋼筋水泥的明、暗堡工事構築的蘇嘉國防線，當時號稱「東方馬其諾防線」，竟未發揮任何效用！

蘇嘉國防線：系指由江蘇蘇州至浙江嘉興的防禦陣地及鐵路線，系在德國軍事顧問團指導下，為拱衛首都南京而建。

11月12日，第21集團軍退出上海後，韋雲淞第48軍在常熟，周祖晃第7軍在吳興、長興阻擊日軍谷壽夫第六師團，26日，因長江江陰要塞失守，日軍蜂擁登陸，第21集團軍乃奉命退往浙西休整。不久北上參加淮河戰役。

3、南京保衛戰

11月11日，蔣介石召集高級將領會商是否固守南京，第一個詢問的便是李宗仁，李認為應主動放棄南京，以免日軍藉口燒殺平民；蔣則認為南京是首都，不能不戰而退；最後，唐生智自告奮勇，誓與首都共存亡。於是蔣任命唐為南京城防總司令。

11月12日，李宗仁受任第五戰區司令長官赴徐州上任，轄區為山東全省，蘇皖兩省長江以北部分。李臨行之前，對蔣提出兩項要求：1、希望蔣有任何指令應僅與李一人聯絡，不要越級指揮五戰區的部隊。此後的整個抗戰期間，蔣介石信守承諾，從未越過李向其部屬直接下達命令；2、五戰區處於敵人南北夾攻之中，目前兵力難以應付，蔣表示將來由京滬撤往江北的部隊，統歸李宗仁節制。

在京期間，李宗仁還為原北平市長、二十九軍將領張自忠向蔣陳情，表示張為一員忠誠之戰將，絕非漢奸，應給其戴罪圖功的機會。蔣允肯，張氏乃得重返戰場，日後名垂青史，幾與岳武穆同輝。

12月12日，南京外圍陣地失守，唐生智竟率先逃跑，令10餘萬國軍將士遭逢浩劫，日軍在南京城內殺戮姦淫之慘罄竹難書。而唐生智之罪行亦在中國近代史上寫下一大汙點，然蔣不但未治其罪，反令其擔任軍法執行總監，可謂無識人之明。唐生智後於1949年8月投靠共產黨，其在見到毛澤東時，居然說出：“跟共產黨走，鞠躬盡瘁，死而後已”，實是無恥之猶。

對於京滬保衛戰之檢討，李宗仁對蔣作了如下評價：既不知敵，亦不知己，徒逞匹夫之勇；身為國家元首，一味意氣用事；枉判國際局勢。