广州的失陷，使得中国军队继续坚守武汉已经变得毫无意义了。
这个时候的江南及至整个武汉战场出现了一个突然的变化。日军第11军司令官冈村宁次中将为了抢在第2军司令官东久迩宫亲王中将之前占领武汉，避免东京的军部要员们追究自己丢掉第6师团一个支队，并且险些让106师团遭遇全歼的罪名，改变11军的主攻方向，以第6师团为骨干，沿长江两岸溯江西上，直取武汉。毕竟，在东京方面所确定的会战目标里，占领武汉是第一位的。谁先进入武汉，谁就立下头功。有了头功，先前的一切过也就不为过了。
为此，11军的主力主力被大量调整至田家镇的稻叶第6师团和半壁店方面波田支队帐下。稻叶师团，先后三次得到加强的兵力超过万人。补充的新锐，战斗力甚至已超过第6师团本身。稻叶四郎中将指挥的第6师团转眼得到三个支队的加强。兵力大增至2万多人，于10月中旬重又发动进攻。10月17日，第6师团牛岛旅团开始沿广济——浠水大道攻击前进。10月18日夜，一路未逢激战的牛岛支队到达界岭。一夜猛攻，即突破中国守军防御。22日，身材粗矮强壮的牛岛满少将趾高气昂地率队开进浠水城区。22日同一天，牛岛少将接到冈村宁次的电报，称；麻城以北与东久迩军对战的中国军队已开始撤退，望该支队不负第6师团先锋的称号，迅速向黄陂地区突进，截击撤退中的孙连仲、李品仙两大兵团主力。23日，日军攻下新洲。牛岛少将当即派佐野联队长率步、炮、工、战车、装甲运兵车组成的快速支队截击正在黄陂东侧蜂拥撤退的孙、李兵团大部队。日军的突然杀出，冲乱了中国军阵脚。后撤的中国军各自为战，能打就打，不能打就跑。佐野大佐颇有所获，仅野炮就缴获了80余门，这个数甚至比日军一个甲种师团的火炮总数还要高。26日，第6师团的岩崎支队打下河口镇，与东久迩第2军会合，收紧了合围圈，但为时已晚。中国第五战区几十万大军已越过平汉线退去。
10月21日夜。广州城陷入敌手的消息传到武汉。
24日，武汉统帅部正式下令放弃武汉，撤退武汉外围部队，并划定了集结地点。长江以南各军撤至湘北及鄂西一带；长江北岸部队，第33集团军撤至荆阳门、宜城一带，第32集团军撤至襄阳、樊城、钟祥一带，第11集团军撤至隋县、唐县镇、枣阳一带布防。汤恩伯第13军进入桐柏山，刘和鼎第39军进入大洪山担任游击；第21集团军及徐源泉第10军统由廖磊指挥进入大别山担任敌后游击。第五战区长官部移往樊城。下午，军委会召集了尚滞留在汉的中外记者数十人，举行了最后一次新闻发布会。会上，发言人代表中国政府强调指出：中国军自动放弃武汉是出于战略需要。中国政府抗日决心并无改变，而且更加坚定。只要日军在中国一夫，中国抗战就将一天不止。并断言说：中日战争将长期化，直至中国彻底驱逐侵略者为止。
24日入夜，蒋介石携夫人宋美龄踏上了去机场的夜路。飞机摇晃着冲入漆黑一团的夜空。不知是蒋介石太舍不得武汉，还是仓促起飞飞行员受惊，一直为他服务从未出过差错的专机机组一出武汉就发现飞机鬼使神差似地迷了航。黑沉沉的夜空上下左右一个样，什么也辨不清。飞机乱转了一气也没弄出个所以然。再乱飞下去，燃油耗尽，无疑将钻进地狱之门。机长依复恩无奈地向蒋介石请示：返回武汉。蒋介石再次确认别无办法时，也只能点头同意。飞机又循着原路向回飞去。武汉机场上，一队中国工兵正卖力地在破坏设施，跑道甚至被炸毁一截。再晚回来一会儿，蒋介石确确实实要留在武汉了。10月25日凌晨4时，蒋介石的座机迎着秋风，重又冲上已透出熹微的天空。此刻，汉口戴家山，已出现了稻叶第6师团佐野支队第23联队日军士兵幽灵般的身影。25日夜，汉口沦陷！26日凌晨，波田支队率先从宾阳门突入武昌：27日午后，汉阳也飘起了炫目的太阳旗。“君之代”的国歌声在武汉三镇上空疯狂地奏响。
10月28日，也就是蒋介石离开武汉后的第二天，他在南岳发表了《告全国国民书》：“…敌人计无复逞，乃不得不暴露其弱点，以发动华南之侵占，自兹抗战地区，扩及全国，战局形势，显有变迁，临此成败胜负转移之关键，特为我国同胞概述抗战经过之事实与将来之目标，重加阐明而申告之…”“我国同胞须认识当前战局变化与武汉得失之关系，我国的抗战根据地本不在沿江沿海浅狭的交通地带，而在于更广大深长的内地，保卫武汉的主要意义，原在于阻滞敌军西进，消耗敌军实力，准备后方交通，运积必要武器，迁移我东南与中部的工业，以进行西北西南的建设。武汉外围已进行5个月的苦战恶斗，已给予敌人重大打击，因此，守卫武汉的任务已经完成，目的已达到。如今放弃武汉三镇核心，确保武汉外围的兵力，使我军作战转入主动有利地位。武汉虽已被敌人占领，然而其耗费时间5个月，死伤人数数十万，所得到的，虽然不是焦土，却是一座空城…”
1938年11月3日，日本首相近卫代表政府发表了《关于建设东亚新秩序的声明》。在这份声明中，再也不见了1月16日“不以国民政府为对手”的那副骄横强硬劲，公开对蒋介石及国民政府诱降。12月22日，在中国方面尚未作出反应的情况下，近卫为显示诚意，又抛出了他的第三份声明，提出：“日满华三国应建设东亚新秩序为共同目标而联合起来，共谋实现相互善邻友好、共同防共和经济合作”。为打动蒋介石的心，甚至说出：“只要求中国作出必要的最低限度的保证，为履行建设新秩序而分担部分责任。日本不仅尊童中国主权，而且对中国为完成独立而必要的治外法权的撤销和租界的归还，也愿意进一步予以积极的考虑。”