民國27年10月,雖有薛岳在南潯線的勝利,遲滯了日本第11軍的腳步,但對武漢的命運,卻没有多大的改變.雖然第2兵團組織第6、第54、第75、第98軍和第26、第30軍團等部在陽新地區進行了頑強的抵抗，但戰至10月22日，陽新、大冶、鄂城(今鄂州)相繼失守，24日，日軍第11軍的波田支隊已推進到距武昌僅30公里的葛店附近.

日軍第九師團突破國軍第53軍、32軍團的防守,攻進賀勝橋地區,27師團於24日推進至咸寧東北.另一方面,106師團於24日推進至陽邏,距離武漢只有35公里,震撼了武漢軍民.日軍第2軍於12日突破第五戰區的游擊戰,10月12日攻佔信陽.然後日軍第10師團以一部沿平漢鐵路南下，主力則在平漢路以西經應山、安陸、雲夢、應城向漢陽、漢口迂迴，協同岡村寧次的第11軍進攻武漢。總之，至10月24日，日軍已對武漢形成了東、北、南三面包圍的態勢。

而為了打擊國民政府的軍心士氣,並切斷國府取得外援的通路,乃以第五師團為主力,組成第24軍,向廣東攻擊.10月24日,攻陷廣州.值此風雨飄搖之際,戍守武漢三鎮的警備部隊,集體降日,警備司令葉一衷,則逃離武漢.這對武漢的軍心士氣,又是一大重擊.武漢....已是風中殘燭.

蔣介石在9月田家鎮要塞淪陷後,已斷定武漢不可久守,為了保存有生戰力,乃開始撤離黨政機關及政府官員,並疏散百姓,將所有戰略、民生物資,向西南運輸.10月16日，國民政府軍事委員會根據武漢週邊戰鬥的形勢及日軍於10月12日在廣東大亞灣登陸的情況，決定放棄武漢，同時組織各部隊有計劃撤退：長江以北的主力撤至平漢路以西的漢水沿岸及大洪山區，廖磊的第21集團軍留在大別山區，開展敵後遊擊戰；薛岳的第1兵團仍於九江以南抗擊敵人，並可視情況退往湖南；第2兵團依託幕阜山，掩護西面的粵漢鐵路；羅卓英指揮武昌以南金牛方面的作戰，掩護各軍撤退，整個武漢城區只留衛戍部隊一個旅(第185師第545旅)的正規軍作象徵性的抵抗。

10月24日，蔣介石正式下令放棄武漢的命令。國民政府軍事委員會在武漢舉行中外記者招待會，鄭重宣佈“我軍自動退出武漢”。漢口市長吳國楨宣稱：“保衛大武漢之戰，我們是盡了消耗戰與持久戰之能事，我們的最高戰略是以空間換取時間。……我們於人口的疏散，產業的轉移，已經走得相當徹底，而且我們還掩護了後方建設……。”

同日，中國共產黨的中央機關報《新華日報》和國民政府軍事委員會機關報《掃蕩報》分別發表了告別武漢的社論。24日晚，作為戰時最高統帥的 蔣介石和航空委員會秘書長的宋美齡乘飛機離開武昌飛往湖南衡陽。臨行前，蔣下令：“將凡有可能被敵軍利用之虞的設施均予以破壞！”這道“焦土抗戰”的命令，使武漢整整燃燒了兩天。中共中央駐武漢代表、國民政府軍事委員會政治部副部長周恩來和《新華日報》也在這一天乘機飛離武漢。同時，武漢城內中國守軍按計劃開始撤離，至25日夜全部撤離市區。

10月25日,臺灣軍波田支隊,佔領葛店,同日,第6師團與國軍第543旅爆發激戰,戰至晚間2000,國軍乘夜色掩護,逐步脫離戰塲.第6師團第23聯隊,率先進入漢口.26日凌晨,波田支隊佔領武昌,27日佔領漢陽.第9師團佔領賀勝橋,27師團切斷粵漢鐵路,佔領桃林鎮,武漢會戰,至此結束.但此時中國主戰部隊,已全數撤離,日本全殲中國主力野戰軍,迫使中國做城下之盟的戰略目標,無法達成,反而陷入中國長期抗戰的泥淖,泥足深陷,終至投降.

武漢會戰歷時4個半月,以中國撤守告終,但此戰,日軍傷亡10餘萬人,卻無法取得勝利,反之,中國軍民雖傷亡40餘萬,卻成功拉住敵人的腳步,自最後勝利前進,誠如 蔣介石在為國軍退出武漢告全國國民書所說的:抗戰軍事勝負之關鍵，不在武漢一地得失，而在保持我繼續抗戰持久之力量。自今伊始，必須更哀戚，更緊忍，更踏實，更刻苦，更勇猛奮進以致力於全面之戰爭與抗戰根據地之充實，而造成最後之勝利。

但此戰役,不無遺憾,在汪精衛的策動之下,戌守武漢三鎮的三師警備部隊約三萬人,向日軍投降,警備司令葉一衷,則脫離國民政府,逃至香港與汪兆銘會合.28年汪偽國民政府回都南京,葉的部隊成為偽「和平建國軍」的骨幹,令蔣恨之入骨.因其是整批部隊整批降日的開端,嚴重打擊軍心士氣及政府威信.並讓國際對中國抗戰的決心,產生懷疑,影響至為深遠.雖然葉在抗戰晚期向政府效忠,並掩護國府的情報人員,但終在民國36年,軍事法庭以「终因小功,難遮大辜」的理由,以漢奸罪處決,讓人不禁為之嘆息...