1938年4 月下旬到达徐州战场，奉令归第五战区指挥，随即参加徐州外围禹王山战斗，首次对日作战即以极其顽强的战斗作风及时扼制住日军的攻势，坚守预定防线20余天，以伤亡官兵近两万人的代价胜利完成统帅部及战区赋予的战斗任务，该军第一八三师第五四二旅旅长陈钟书在与日军的激战中阵亡殉国。由第六十军扩编成的第一集团军下辖先为卢汉、后为安恩溥为军长的第六十军、孙渡为军长的国民革命军第58军和张冲为军长的国民革命军新编第三军，集团军总司令初为龙云，继任为卢汉。后该集团军调归国民革命军第九战区指挥管辖，驻守江西、滇西，曾参加过武汉会战、三次长沙会战和长衡会战。1940年后，第一集团军司令部及总司令卢汉率第六十军奉令调回云南，接受昆明行营指挥管辖，第一集团军副总司令部及副总司令高荫槐、孙渡率第五十八军、新三军仍留湖南、江西接受第九战区指挥管辖。

1944年秋豫湘桂战役中，国民党中央军嫡系国民革命军第九十三军在广西全州作战中失利，军长陈牧农被逮捕枪决，该部番号也被取消。

1945年初，在云南的第一集团军下辖的部队一部奉令扩编为第九十三军。不久，在云南的第一集团军的第六十军和第九十三军奉令加入中国陆军总司令部直辖、专门用于担任战略反攻任务的四个方面军中的第一方面军，在湖南第九战区的第一集团军番号直至抗战胜利才撤销。后第一方面军的部队曾赴越南参加接受日军投降的工作。

国民革命军第一集团军下辖初由宋哲元兼军长后由张自忠任军长的国民革命军第五十九军、冯治安任军长的国民革命军第七十七军和刘汝明任军长的国民革命军第六十八军，属抗日战争第一战区指挥管辖。在卢沟桥抗战中驻守宛平的第三十七师第一一0旅吉星文的第二一九团及抗战爆发后最早为国捐躯的佟麟阁、赵登禹将军都属于这支部队。将第二十九军扩编为第一集团军，据说是为了表彰这支率先参加对日作战的部队，授予该集团军3个军的番号也别具匠心，即一个明“七七”，即第七十七军，两个暗“ 七七”，即第五十九军和第六十八军，以纪念七七抗战。后刘汝明的第六十八军加入平绥路一线作战的国民革命军第七集团军的战斗序列。

全面抗战爆发后，1937年7月28日，国民革命军二十九军军长宋哲元率秦德纯、冯治安、张维藩等由北平抵达保定，向军事委员会驻保定办事处主任熊斌报到。宋哲元、冯治安带着全体军部人员于8月上旬移驻河间。不久，国民政府决定成立第一战区，二十九军升格为第一集团军，和第二十集团军共同负责平汉线及陇海线中段的抗日作战。

宋哲元率第一集团军迅速赶到任丘以东惠保线阵地后，命令七十七军一三二师王长海部守大城以北的子牙镇，三十七师刘自珍部守青县以北的流河镇、唐官屯；五十九军的两个师沿碱河南岸构筑阵地，并派出警戒部队于静海县，与天津方面的敌人保持接触；石友三部的两个保安旅集结于德州附近；何基沣的一七九师和郑大章的骑兵师则控制在泊头、河间一带。此时，正值连日阴雨，保定以东地区平地水深数尺，运转困难，联系不易，预制的钢筋洋灰掩体多被淹没。

1937年9月上旬，津浦线方面的日军开始活动，主力是矶谷师团。到了9月中旬，日军发动了全面进攻，在攻占静海县后，继续沿运河和铁路线前进。由于河水到处泛滥，日军即以装甲汽艇为掩护，步兵均携带着救生圈，在飞机大炮的支援下，突破了闸口的流河镇的阵地，并利用装甲汽艇沿运河猛冲。而第一集团军连野炮、山炮都没有，单靠轻武器无法完全封锁运河，日军冲到我后方登岸包抄第一集团军侧背，第一集团军只能借助子牙河、运河的洪水，作为阻止日军进攻的阵地。虽然如此，第一集团军将士仍然支持了一个月，以致许多战士因长期在水中浸泡下肢腐烂。日军久攻不下，于是改变策略，从海路包抄第一集团军后路，第一集团军后方失陷，只好全军向沧石线的沧县附近的阵地撤退。

转战冀南

宋哲元率部南撤后，日军为策应对太原的进攻，把原来石家庄一带的日军也调进娘子关，直逼寿阳；原驻邢台一带的日军，同时沿平汉路南下，进攻安阳。蒋介石见状，命令宋哲元部侧击安阳东北。宋哲元根据当时的情况，认为应该采取“避实击虚、围魏救赵”的办法，要求向邢台出击，旨在“支援商震部的同时，策应山西方面的作战”。这一主张得到蒋介石和程潜的嘉许。

宋哲元当即决定以一部防守大名，抽出大部兵力，分进合击，限期向邢台急进。

当日方侦知第一集团军的行动后，就由邯郸派出了约有一个混成旅团的兵力，配备多辆坦克，向大名袭来。当时何基沣的一七九师奉命防守大名，第三十七师吴振声旅亦临时归其指挥。何基沣命令一七九师柴建瑞旅驻防城西一带；汤传声旅驻防城内；吴振声旅驻守大名西北数十里的魏县镇。

当得知日军抵达魏县镇时，何基沣立即亲往指挥。由于日军准备充足，且有飞机大炮和坦克协同作战，吴振声旅在激战一天后伤亡很大，不得已逐次后撤。何基沣见状，立即指示在大名的两个旅准备战斗。敌人进逼大名时，派出大批土匪、汉奸混进城内，到处进行扰乱、纵火；日军飞机前来轰炸时，汉奸们竟用火把指示目标。何基沣得到报告后，立即命令各部队协同地方警察予以捉拿，土匪、汉奸们一部分被捕归案，其他的仓皇逃窜。但日军到达大名后，已经获取了守军阵地的情报，所以在战斗开始后，何基沣所部在敌人飞机轰炸和炮击下，遭受到重大伤亡。不久，日军用坦克进行冲锋，处于平原作战的何基沣部没有对抗坦克的武器，只能以轻武器硬拼。激战一天后，城西阵地被日军突破，何基沣只好退守城垣。

城北有个高地，高地上有个教堂，何基沣原打算在这个制高点上建立坚固据点固守，但教堂声言“中立”，拒绝双方在那里作战，何基沣部只得放弃。谁知日军到达后，无视教堂的“中立”，立即抢占了这个制高点，结果北城阵地深受瞰制。日军的主力即由北面进攻，何基沣赶到北城指挥，激战一天。黄昏后，何基沣拟召集几个旅长研究如何调整部署与日军作战，却只见部队情况混乱，找不到指挥官。这时参谋长王檄鳌赶来报告说：“敌人已经进了城。现在城里只有一个师部。”此时城内枪声四起，何基沣只得下令：师部带着警卫连向南撤退。大名遂于11月10日失守。何基沣在百感交集情况下，愤而自戕，幸有副师长曾国佐在旁拉住他的右臂，未中头部，弹从左胸穿过，未致殒命。

1937年12月，第一集团军总司令部由濮阳移驻河南新乡，原属第一集团军的五十九军调归第五战区李宗仁指挥，六十八军又被调走构筑黄河南岸工事。1938年春，宋哲元率领七十七军和万福麟的五十三军向冀豫之间的敌人进攻，因缺乏友军支援致战斗失败，新乡弃守。自平津沦陷后宋哲元就患高血压肾病，但一直坚持在前线指挥战斗，大名失守后，更是身疲力竭，豫北作战时他曾两次殿后，几乎和日军坦克相遇，撤到济源时两腿已肿胀得不能站立。宋哲元率七十七军撤到获嘉火车站（获嘉西关外）时，在站台上死也不肯再撤，决心和日军做“殊死一战”。秦德纯上前劝他上车，他仍然不走，最后被秦德纯命令部下将他架上火车离去。

不久，宋哲元的身体由于严重透支而更加恶化，不得已向蒋介石提出辞去第一集团军司令职务的请求，转调第一战区副司令长官，后来肾病转成癌症，只好离职休养。