自1937年7月初日本中國駐屯軍在北平城外盧溝橋、長辛店、回龍橋、平漢線等處進行軍事演習，製造摩擦。7月7日日軍宛平進行軍事演習時，以一名士兵失蹤為由要求進入宛平縣城搜查。在遭到中方拒絕後，日軍隨即向宛平城和盧溝橋發動進攻，中國國民革命軍第29軍吉星文奉命率團反擊，盧溝橋事變爆發。隨後，華北的中國軍政最高長官、冀察政務委員會委委員長、第29軍軍長宋哲元在天津與日軍談判，試圖遏制事態擴大。此時南京國民政府判斷日軍有擴大侵略的可能，於是在通過談判、美英調停以阻止日軍進一步侵略的同時，也在進行軍事準備和部隊調動。11日日本近衛文麿內閣決定向華北增兵，意圖事態升級為「北支事變」。17日蔣中正發表《對於蘆溝橋事件之嚴正表示》第二次廬山講話:"我們既是一個弱國，如果臨到最後關頭，便只有拼全民族的生命，以求國家生存；那時節再不容許我們中途妥協，須知中途妥協的條件，便是整個投降，整個滅亡的條件。全國國民最要認清，所謂最後關頭的意義，最後關頭一到，我們只有犧牲到底，抗戰到底，唯有「犧牲到底」的決心，纔能博得最後的勝利。若是徬徨不定，妄想苟安，便會陷民族於萬劫不復之地！"正式表明準備全面抗戰的方針，盧溝橋事變遂成為中日全面戰爭爆發的標誌。

七七事變，抗戰開始

1937年7月，中國第29軍士兵在盧溝橋向日軍還擊

1937年7月17日，蔣中正在廬山

一直到二次大戰結束的1945年為止，日本在台灣的殖民統治邁向了另一個階段。由於日本發動侵華戰爭，所以台灣總督府在1936年9月恢復了武官總督的設置以滿足戰時的需要。在1933年由於日本退出國際聯盟，而導致國際聯盟對其的物資禁運懲罰，所以日本需要台灣在物資上為其提供支援。然而要台灣人同心協力，實非台人完全內地化不可。因此，總督府除了取消原來允許的社會運動外，還全力進行皇民化運動。該運動大倡台人於姓名、文化、語言等全面學習日本，並全面動員台人參加其戰時工作，而這項運動一直持續到1945年二次大戰結束為止。此種由台灣總督府主導，極力促成台灣人民成為忠誠於日本天皇下的各種措施，就是皇民化運動，終其言，為內地化的極端形式。

台灣總督府為推動皇民化運動，開始強力推廣要求台灣人說國語（日語）、穿和服、住日式房子、放棄台灣民間信仰和祖先牌位、改信日本神道。由於因應盧溝橋事變之後，日軍在中國戰線的人力需求，在1937年首度徵調台籍軍夫做軍需品運輸工作，做為台灣軍無搭配輜重部隊的解決方案。此外，殖民政府也在1940年公佈改姓名辦法，推動廢漢姓改日本姓名的運動。太平洋戰爭爆發後，由於戰爭規模不斷擴大，所需兵員越來越多，日本當局也在1942年開始在台灣實施陸軍特別志願兵制度、高砂挺身報國隊、1943年實施海軍特別志願兵制度、並於1945年全面實施徵兵制。

除了徵兵制造成的青年大量傷亡外，台灣也在經濟方面大受打擊。1944年後，受到盟軍25次大空襲影響，受波及的台灣農工生產值於戰爭結束前的1945年降到最低點。若與1937年相比，農業產值只有1937年的49%，工業產值更不到33%。煤礦由20萬公噸降到1萬5千公噸，電力供應從戰前32萬千瓦，戰後僅能供應3萬千瓦。

由於太平洋戰爭爆發戰況吃緊，導致日本本土已無力應付大量的兵員徵用。1945年4月1日，日本天皇詔書外地的朝鮮與台灣的居民擁有日本帝國議會的參政權，在此之前早已經開始下達徵兵令。

此外，二次大戰時，日本人在台灣徵集了許多慰安婦，也就是日軍的隨軍妓女。有部分慰安婦是在遭到脅迫或欺騙的情況下被徵召，因此造成受害者肉體及心靈上的嚴重創傷。至今，這個事件仍被群眾視為踐踏女性權利及尊嚴的行為。在現今的臺灣社會，有基金會專門研究慰安婦的歷史（如婦女救援基金會），並且協助至今仍存活的慰安婦對日本提出賠償的要求。

後期武官總督時代

第17任臺灣總督小林躋造(任期1936年9月2日－1940年11月17日),1936年9月2日出任台灣總督。以「皇民化、工業化、南進基地化」三原則統治台灣。任內大事：1936年11月設官民合營的台灣拓殖株式會社，主要在開發未墾土地，移民日本人至台灣，協助日人在南支、南洋的拓殖事業，發展工業，並對廈門、海南島等日本佔領地於行政方面積極配合；強力推動皇民化運動，強制廢止台灣報紙的漢文欄；獎勵台灣人改日本姓名；禁止歌仔戲、布袋戲；廢止台灣陰曆年習俗，但台灣人照過，日本人乃訂陰曆初一起五日內為勞動服務週，積極去台灣文化；強制參拜神社；實施管制米穀輸出；關閉中央研究所；設熱帶醫學研究所；建農業試驗場；新高港築港開工；建基隆港船塢；設立國家公園（大屯、次高太魯閣、新高阿里山）。1940年11月辭台灣總督職。

第18任臺灣總督長谷川清(任期1940年11月27日－1944年12月1日),1940年11月27日任台灣總督。任內大事：緩和前任總督小林躋造的宗教政策，組成皇民奉公會；因應對英國、美國開戰後的情勢；強化初等普通教育義務化；設置台北帝國大學預科；1942年4月1日實施陸軍特別志願兵制度。1943年8月實施海軍特別志願軍制度。1944年實施徵兵制。1944年因陸軍本部的陰謀及安藤利吉欲奪總督職位，於12月1日自行辭職，改任軍事參議官，1945年2月任海軍戰力查察使，曾提〈終戰時の戰力査閲上奏〉，助日本天皇決定停止戰爭。

第19任臺灣總督安藤利吉(任期1944年12月30日－1945年10月25日),台灣日治時期第19任（最後一任）總督。曾任記者的伊藤金次郎在其著作記述，安藤利吉在未就任總督之前曾以臺灣軍司令官身分在1944年4月悄悄邀請臺北的有力日人到糖業聯合會館聚會，聚會上他表示無法給予臺灣同胞絕對的信任，且似乎暗示這是由於之前歷任總督的施政無法完全讓臺灣人心悅誠服之故。而此次演講消息走漏後，某些自認忠君愛國的臺灣人，認為受到侮辱，甚至向官方投訴，而當時的臺灣總督長谷川清與總督府人員亦感到大為不滿，認為軍方對總督府有所不滿直說即可，豈可在半公開場合向民間人士批判總督府。當臺灣軍擴張為第十方面軍時，兼任第十方面軍司令官。日本戰敗，安藤利吉代表台灣總督府和駐軍於1945年10月25日舉行受降典禮，向盟軍投降，但其官制至1946年5月31日正式廢止。之後被列為戰犯，1946年4月19日於受審在押上海監獄期間，服氰化鉀自盡。

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