年“九一八”事变后，日本帝国主义觊觎华北，向关内步步进逼。年元旦，日本侵略军炮击长城关隘——山海关附近的临榆县城。驻守在当地的东北军第九旅官兵忍无可忍，奋起还击，揭开了长城抗战的序幕。当时国民党政府坚持其不抵抗政策，不肯及时派兵支援，山海关遂于元月3日陷于敌手。华北门户由此洞开，日军继续向热河进犯，万福麟部一触即溃，整个热河危在旦夕，平、津震动。这时候，担任北平军分会委员长的张学良急令宋哲元率二十九军立即参战，迅速占领喜峰口，阻止日军前进。当时，张自忠是驻在华北的该军三十八师师长，被命为前线总指挥。
张自忠
在全国抗日高潮的影响下，二十九军开赴前线后，士气高昂，誓与日寇决一死战。3月9日拂晓，在喜峰口寨附近与日军服部旅团相遇，双方展开激战。二十九军“官兵们抱国耻奇痛，组大刀队名于晚间潜登日军所占山头，出其不意地将日军砍毙。大刀队亦多数壮烈牺牲。”10日，日军主力部队抵达长城一线，其指挥部下令3日内攻下长城各口。日军步兵在飞机、大炮掩护下向喜峰口等处发起全线猛攻。张自忠亦于10日晨，率二十九军主力抵达喜峰口，指挥前线官兵奋勇作战，拼死抗击。喜峰口附近的“几处高地得而复失，失而复得，来回拉锯，杀声震天。我军士兵，多数不愿携带步枪，因为背着步枪上下山地，行动不便，他们只愿多带手榴弹，提着大刀，便于杀敌。由于两军的士兵白刃相接，距离很近，因而日寇的飞机、大炮，无法使用。
大刀队
经过几天激战，敌人受到迎头痛击，伤亡惨重。二十九军官兵，也因受敌优势炮火所制，伤亡不小。若长此对峙下去，将于中国军队不利，张自忠遂采用何基沣的建议，改变战术，利用自己善夜战、近战的特点，以己之长，攻敌之短，出其不意，袭其不备。决定当天晚上派两支精干部队，分别出潘家口、董家口，采取迂回战术，猛袭日军侧背，另一支在喜峰口寨附近与敌作战的部队，袭击正面之敌，作为策应。当晚，由当地樵夫、猎手带路，两支奇兵绕山间小道出击敌人。一支部队“夜袭潘家口敌炮阵地，消灭敌炮兵一连，焚其辎重，毁其大炮，缴获文件，全胜而归”。另一支部队，趁夜幕掩护潜入日军前哨阵地，首先歼敌一个分队，初战告捷。尔后，“以掷手榴弹和刺刀冲杀，分兵突袭敌军大队。敌人在梦中被惊起，仓惶应战，我军奋勇冲杀，击毙击伤敌百余人”。并缴获武器一部。炮兵观测镜一架。所有夜袭部队均于拂晓胜利返回。
长城抗战
二十九军官兵在喜峰口、罗文峪一带的作战，得到了全国人民的同声赞扬。喜峰口之役，“挫伤了敌人侵犯关内的锐气。二十九军大刀队的威力由此名震四方”。周恩来同志对此次战役亦曾有过评论：“张上将的抗战，远起喜峰口，十年回溯，令人深佩他的卓识超群”。
长城抗战，尤其是喜峰口之役，是二十九军官兵在中国共产党领导的抗日救亡运动的影响推动下，给予猖狂进犯中国的日本侵略者的一个迎头痛击。这是自年“九一八”事变以来，日军第一次遭到中国军队的有力抵抗。它标志着中国共产党提出的抗日救亡的主张已日益深入人心，极大地鼓舞了全民族的抗日热潮。装备落后的二十九军官兵，毅然抗击了武器精良的强敌，这不能不对其它军队的爱国官兵，产生深远而又广泛的影响。喜峰口之役，是东北三省沦陷之后，全国人民要求抗日呼声日益高涨时期打的一次胜仗，它对促进全面抗战，具有十分重要的意义。
年华北事变后，张自忠先后担任三十八师师长兼察哈尔省主席、天津市市长。年芦沟桥战事爆发，二十九军被迫撤离北平，张自忠奉宋哲元之命任冀察政务委员会代理委员长，留在北平与日本侵略者周旋，掩护二十九军撤退。任务完成后，他便称病隐蔽医院，随后化装南下，于年11月回到原部队，任五十九军军长(五十九军由原三十八师扩编而成)。不久，五十九军被拨归第五战区指挥，张自忠奉命率部抵豫东、鲁南一带，执行对日军的作战任务。在此期间，张自忠指挥所部取得了淮北之役的胜利。
年，日本侵略者急于打通津浦铁路，以实现其华北方面和华中派遣军会师徐州的战略计划。然后，日军即可调集南北两个战场的兵力沿陇海铁路西进，进攻中原，南下夺取武汉。为此企图，日军以大批兵力分南北两路沿津浦线向徐州进犯。北线战场，由于韩复不战而逃，济南失陷，日军矶谷师团得以顺利沿津浦路南下，连陷各城，威逼徐州；与此同时，敌之板垣师团则从东北方向进逼临沂。临沂乃鲁南军事要地，徐州的屏障，如果失守，必使徐州暴露于敌人的兵锋之下。因此，临沂之安危得失直接关系到整个战局，此时，驻守临沂的中国军队仅有5个步兵团，兵力薄弱，装备落后。以此部队抗击号称日军精锐的板垣师团3万虎狼之师，其困难程度足以想见。因此，第五战区司令长官李宗仁急调驻豫东的张自忠率军驰援。
张自忠接到命令后，立即率领五十九军，日夜兼程强行军里，于3月12日到达临沂。张自忠分析了前线敌我态势以后，作出以运动战方式歼灭敌人于城外的作战计划，立即得到李宗仁的批准。13日拂晓，张自忠指挥所部三十八师、一百八十师，分左右两路向日军发起猛烈攻击。敌板垣师团号称“铁军”，装备精良，并有大批飞机助其作战。自青岛登陆后攻城略地，骄横不可一世。张自忠部虽装备落后，但由于平时严于治军，部队军事技术水平较高，自喜峰口之役后，更注重大刀劈刺训练，官兵尤善近战、夜战和白刃格斗。在作战中，张部充分发挥自己的优势，每次冲锋，自团长以下军官常手执大刀，亲自上阵，带领部队与日军白刃相搏，杀得敌人尸横遍野，魂飞胆寒。张自忠部血战一周时，已杀敌达数千人。
3月27日夜，正当津浦线上敌之矶谷师团猛攻台儿庄的时候，张自忠下令全线猛烈出击，五十九军官兵奋勇当先，追杀日军，势如疾风暴雨，经3个小时的白刃拼搏，敌军弃尸累累，仓惶溃逃。张自忠所部取得临沂大捷。“临沂一役最大的收获，是将板垣、矶谷两师团拟在台儿庄会师的计划彻底粉碎。造成尔后台儿庄血战时，矶谷师团孤军深入，为我围歼的契机。”临沂大捷是“台儿庄大战前一出辉煌的序幕战”，此次临沂之役，中国守军与援军互相配合，协同作战，内外夹击，取得了歼灭日军4人的辉煌战果，为台儿庄会战的重大胜利创造了有利条件。
台儿庄大捷
临沂之役胜利后，张自忠因指挥作战有功，升任二十七军团军团长兼五十九军军长，率部南下参加徐州会战，指挥所部歼敌数百，取得了展庄战斗的胜利。
台儿庄大捷后，国民党政府被胜利冲昏头脑，调集60万大军，准备与日军决战。日本侵略者召开了有大本营代表参加的济南作战会议，决定以华北、华中日军7个师团40万人的兵力从南北两线夹击，会攻徐州，企图一举歼灭聚集在此地的数十万中国军队。5月中旬，南北两个方面的敌军，已经迅速形成对徐州的合围形势。国民党第五战区在运河车站召开军长以上高级将领会议，唯恐其部队被歼，决定分3路由徐州突围，向豫南、鄂北地区转移。张自忠部属第三路，突围后向许昌、南阳方向前进。5月17日，第五战区部队全线撤退。张自忠奉命率部在徐州以西地区坚守，掩护全军撤退。待大军突围以后，张自忠才率部开始转移，于6月初到达河南许昌地区集结整训。
徐州会战
徐州会战以后，国民党第一战区司令长官程潜在总结这次作战失败的教训时说：“此次徐州会战，我军虽4倍于敌，但主动地位已失，终于失败。我各级指挥官视敌如虎，企图消极，故战机多被逸失。此种畏敌心理而形成的指挥官企图消极，军队战斗精神衰额，可谓为我开战以来失败之最大原因。”由此可见，在消极避战、畏敌不前的国民党众将领中，张自忠的英勇抗战精神是多么难能可贵。
年夏，武汉会战拉开战幕。张自忠奉命率部守备潢川，保卫武胜关侧翼，拱卫武汉。在此期间，曾给予进犯潢川之敌以重创。敌人在广播中不得不承认“川战役遭到坚强的抵抗”。尔后，张自忠部转入大别山内，改番号为三十三集团军，辖五十九、七十七、五十七3个军，张自忠任总司令兼五十九军军长。
年10月，武汉失守。日军占据武汉、广州后，由于战线太长，兵力不足，无力发动大规模的战略进攻，抗日战争从此进入了战略相持阶段。在这个阶段的初期，日军大本营开始将战争由长江中游转移到汉水流域，目的在于消灭驻守在大别山、桐柏山一带的第五战区主力，进而占领随县、枣阳、宜昌、襄樊等重要战略据点，用以巩固其武汉占领区的外围，以便向西威逼四川。张自忠于武汉失守后，奉命率领部队由大别山突围，西进湖北钟祥、洋梓、转斗湾、荆门、丰乐河一带的汉水两岸布防，积极抗击日本侵略军，保卫这一地区。
武汉会战
年10月至年春，日军曾在汉水以东多次进犯，均被张自忠部队击溃。年5月，日军经过详细计划与充分补给后，纠集其精锐部队第三、第十五、第十六等师团和第十四骑兵旅约10余万兵力，由第十一军司令官冈村宁次率领，携带轻重炮余门，战车百辆，沿襄花(襄阳至花园)及京钟(京山至钟祥)两公路进犯随县、枣阳地区。此时，张自忠的三十三集团军担任大洪山南麓、京钟公路和襄河两岸的防务。15日，张自忠部与日军展开激战，当战斗激烈时，张自忠亲自到前线指挥，于流水沟一带重创日军，粉碎了敌人包围我军的企图。15日至18日，中国军队向日军发起总攻，经过3天3夜的激烈战斗，打得敌人溃不成军，不能再战，开始总退却，此即随枣会战，它达到了牵制和消耗敌人的目的。因张自忠作战勇猛无畏，战后人们呼其为“活关公”。
年12月，日军乘三十三集团军主力在襄河以东防御之机，再次集中强大兵力，并配以飞机、战车支援，向张自忠部队防区大举进犯。战斗一开始就非常激烈，双方均伤亡很大。后张自忠部队转移阵地至朱家咀。黑人山、大洪山一线，居高临下，凭险固守，与敌对峙。敌军虽有猛烈炮火支援，仍屡攻屡挫，遭到重大伤亡，不能前进一步。而张自忠所部，因无炮火优势，一时也无力反击。这时，张自忠见双方对垒形成胶着状态，乃亲自命令一个加强团，利用夜间绕道钻空隙袭击敌人侧背，出奇兵直捣日军设在钟祥县东北角的总指挥部。当晚，该部即以当地群众为向导，绕道二、三十里路。向日军总指挥部所在地展开直接攻击。“经过5、6小时的激烈战斗，敌全部崩溃。我部遂以全力追击，敌遗尸遍野，向县城方向逃去”。张自忠随即指挥大军由正面猛烈出击，向日军展开反攻，全部恢复了原来的阵地，并缴获日军物资不计其数。这就是抗日战争中的襄樊大捷。
随枣会战结束后，中国军队于同年冬，在豫南、鄂北发起冬季攻势，威胁武汉之敌。日军为确保占领区的安全，于年4月中旬，集中了六、七个师团的兵力，由第十一军司令官园部和一郎指挥，于5月初发动枣宜会战。进攻枣阳、襄阳、宜昌等地。日军兵分3路。于5月1日开始西进，企图以中路由随县沿襄花公路向襄.阳进犯，吸引第五战区主力，然后由其它两路从左、右构成包围态势，将中国军队围歼于枣阳附近地区。战斗开始以后，日军在百余辆坦克和七、八十架飞机的支援下，长驱直进，冲入枣阳。中国军队节节抵抗，与日军展开激战。待主力撤出敌之包围圈后，中国军队由外线对日军实施反包围，给予进犯之日军以痛击。日军在这种反包围的打击下伤亡惨重，难以支撑，遂向东南撤退。
这时，张自忠的三十三集团军尚有一部担负防守襄河西岸的任务而未参战。因此，李宗仁乃电令张自忠“派有力部队，迅速渡河，向敌后出击”，以便把襄河东岸之敌拦腰斩断。张自忠接到命令后，以副总司令冯治安率一个军负责汉水西岸防务，自己身先士卒，亲率三十三集团军总司令部特务营和两个团，立即由宜城渡过襄河执行截击敌人的任务，渡河后，即与敌军在枣阳、襄阳一带多次激战，重创敌军。
5月15日，当张自忠接到第五战区关于“日军大部已由襄阳沿汉水南下”，“即回截击”的电令后，随即兵分两路，令一个师由枣阳，经吴庄、平林、板桥截击日军；自己亲率总部直属部队及一个旅，经黄龙挡前往方家集截击日军。张自忠率部到达方家集时，日军正由此经过，其先头部队已越过方家集，敌师团司令部恰与中国军队相逢。张自忠亲临战场，以有我无敌之气概，指挥部队对敌拦腰发起攻击，打得日军溃败奔逃。中国官兵乘胜奋勇追击，将敌军斩为两段，使其首尾不能相顾，遭到打击的敌人从震惊中清醒过来后，乃集结重兵万人，从南北两路向方家集包围上来。张自忠以两个团的兵力，迎战日军数万精锐之师，竞日苦战，固守待援。
大刀队战前动员
5月15日晚，他率部冲出被敌包围之方家集，于次日凌晨到达宜城洪山山区的罐子口。日军跟踪追击而至，占领了罐子口两侧的山头，以炮火集中轰击张自忠的部队。敌我双方在罐子口激战竟日，几度拉锯，战况空前激烈，然而罐子口仍掌握在张自忠部队之后。
5月16日下午2时，战斗更加激烈，张自忠所部将士战死大半。激战中，张自忠退守南瓜店山坡中间的高岗上，他见前方伤亡惨重，就把自己的卫队增援上去。当日军从四面八方包围上来的危急时刻，张自忠把个人生死置之度外，决心以身殉国。他对身边仅存的十几名官兵说：“一定要死守阵地。没有子弹，用刀刺，用大刀砍，用石头打，最后用牙咬，要坚决与敌人拼个你死我活！”他几处负伤，仍从容镇定，继续指挥战斗，一直坚持到所部将士伤亡殆尽，最后自己也战死沙场。张自忠终于实践了自己的诺言，与阵地共存亡，为民族解放献出了宝贵的生命。
誓与阵地共存亡
枣宜会战，张自忠率部血染沙场，以身殉国的壮举，终于使日军进攻襄樊、威胁老河口的企图被彻底粉碎，使整个战局转危为安。张自忠牺牲不久，所部援军赶到，在陈尸累累的十里长山战场上，找到了他的遗体，遂运抵重庆，隆重安葬在北碚梅花山上。运送遗体沿途，军民含泪迎送，当“百姓们得知那具蒙着白布的尸体就是张自忠时，不约而同地涌到街道上，跪倒失声痛哭。‘将军一去，大树飘零’”。沉痛悼念这位举国闻名的抗日名将。
5月28日，重庆举行了盛大的张自忠上将葬礼。冯王祥为张自忠殉国亲题“总忱不死”4个大字，并亲自为之撰写了长篇悼文，追述张自忠抗日杀敌的显赫战功和为国捐躯的英勇牺牲精神。从年至年，每逢张自忠殉国纪念日，冯玉祥都要亲往梅花山为张自忠组织纪念活动，并亲手在梅花山上种植了许多株梅花，以示烈士为民族献身的忠贞情操。
追悼会
年8月15日，延安各界余人隆重举行张自忠将军追悼大会，朱德总司令亲临参加。中共中央毛泽东主席亲笔为张自忠题写“尽忠报国”的挽联；朱德总司令、彭德怀副总司令的题词为：“一战捷临沂，再战捷随枣，伟哉将军精神不死；打到鸭绿江，建设新中国，责在朝野团结图存”。年5月16日，周恩来同志在中国共产党主办的重庆《新华日报》上发表《追念张墓忱上将》的悼念文章。文章中指出：“张上将是一方面的统帅，他的殉国，影响之大，决非他人可比。”“中国历史上，多少伟人名将，在抵抗外族侵略时，杀身成仁，见危授命。张上将之殉国，便是发扬了这种民族气节的传统”。高度赞扬了张自忠将军的抗日战绩和英勇牺牲精神。
张自忠将军的夫人李慧敏也是忠烈之奇女子，张将军殉国两月后，她才得到消息。得知噩耗后，她交待完家事后，绝食七天而亡为丈夫殉情，壮烈殉夫前曾说:“张自忠为国家战死疆场，我不难过，我虽是一个妇女，也应当有份。”
年12月，党的十一届三中全会以后，党和政府对张自忠这位抗日爱国将领，重新作了公正的评价。年4月16日，国务院民政部追认张自忠将军为革命烈士，并向其亲属颁发了革命烈士证书。人民政府还专门拨款，将重庆北碚梅花山的张自忠将军陵园和湖北宜城十里长山山顶的张自忠殉国纪念碑扩建整修一新，北京、天津、武汉等大城市相继恢复了“张自忠路”的名称，以示对这位抗日烈士的纪念。