1942年4月18日，杜立特率领美国16架B-25型轰炸机从“大黄蜂”号上起飞，逐次攻击了东京、横滨、川崎、横须贺、名古屋、四日市、和歌山、神户等地。美机在完成轰炸日本本土任务后，没有返回航空母舰，其中有5架安全降落在中国第3战区辖内的浙江机场。

美机此次轰炸东京等地，是日本历史上第一次遭到空袭，民心惶恐，社会骚动。 日本大本营认为：美、英、中空军将以中途岛、海哀尔、澳洲等方面为基地，或从航空母舰起飞空袭日本本土，然后飞到中国寻找降落地点，或从中国大陆起飞，空袭其本土， “此种情况将会愈益增多，此次在浙江省的机场群对于敌军将有极大利用价值。 为了粉碎敌上述企图，迅速摧毁浙江省的机场群，特别是丽水、衢县、玉山等地的机场，最为有效”。 鉴于此，日本大本营遂于1942年4月30日下达如下命令： “中国派遣军总司令应尽快开战，主要击溃浙江方面之敌，摧毁其主要航空根据地，遏止敌利用该方面空袭帝国本土之企图”。

日本中国派遣军接到上述命令后，制订了如下作战方针：以第13军主力于5月15日自杭州方面开始攻击中国第3战区东部，摧毁浙江航空基地。以第11军一部攻击第3战区西部，策应第13军。同时命第1飞行团迅速攻击中国各航空基地。

此役自1942年5月15日始，至8月30日止。这是日军从1939年至1943年5年间，使用兵力最多，作战时间最长的战役。

日军自4月底开始在余杭以东至奉化各个地区集结，第一线兵团于5月13日大致部署完毕，第13军浙赣作战战斗指挥所也于5月11日进驻杭州。

中国第3战区侦察到敌人调动迹象后，进行了紧急部署：上官云相第32集团军驻淳安，指挥钱塘江北岸部队； 王敬久第10集团军驻金华，指挥钱塘江南岸及金华守军； 李觉第25集团军驻缙云，指挥浙南部队。 国民政府军事委员会还从第9战区抽调第49、第26、第74军配置在杭州附近，以保卫浙赣两省间的机场。 第3战区预定“在浙赣路西段持久抵抗，集中主力于浙赣路东段”，利用已设阵地逐次抵抗，迟滞、牵制日军， 最后在衢州附近与敌决战。

5月15日，日军第一线兵力5个师团及2个混成旅团，从余杭至奉化一线地区，向金华方面发起大规模攻势，中国军队一面逐次抵抗，一面向敌后转移兵力。 18日，第3战区第28、第88等各军，在桐庐、诸暨、新昌一线阻击日军后，主力向金华、兰溪之线转移。 日军跟踪追击，21日占领义乌、东阳。 23日占领武义、建德，并以一部直逼金华、兰溪。 在此地区的中国守军凭坚固阵地，以山炮、迫击炮等进行顽强抵抗，形成敌我对峙态势。 狡诈的日军以一部继续攻击该地区，另以一部沿金华、兰溪公路向兰溪背后突进侧击，26日陷汤溪，27日陷龙游。

此时，金华、兰溪守军已陷于孤立无援境地，经数日激战后，为保存实力，遂于28日放弃阵地。 金、兰保卫战，予日军以沉重打击。 日军第15师团师团长酒井直次中将在兰溪北部1.5公里处被守军设置的地雷炸得人仰马翻，血肉横飞，当场毙命。 其兵器部长、兽医部长等官兵被炸死伤者甚多。 日本战史著作里写道： “在职师团长阵亡，自陆军创建以来还是第一个。 ”

敌占金、兰后，又兵分两路，迅速进至衢江北岸和衢州以东铁路两侧，发动了对衢州的攻势。第3战区按预定计划部署如下：第86军固守衢州；第30军驻寿昌以西的大同镇；第26军驻衢州以西的江山、常山之间；第40师在铁路正面；第49军驻衢州以西的招贤镇，准备在外围给进攻衢州日军以包围攻击。

此时，在第三次长沙会战中败北不久的日本第11军为策应第13军进攻衢州，调集第34、第3师团及今井、井平两个支队和部分伪军，约4万兵力，由司令官阿南惟几指挥，于5月31日自南昌渡抚河东犯，6月3日进至同源、李家渡、进贤一线，与自金、兰出动之日军，形成东西夹击中国军队的态势。

第3战区认为，衢州决战时机已经成熟，乃于6月3日下令至各部队，准备6月4日与敌决战。就在第3战区下令的当日，蒋介石认为，日军已从缅甸北部攻进云南，形势比浙江前线更为严峻，令第3战区避免在衢州附近与日军作战。第3战区司令长官顾祝同接令后，命第86军一部守卫衢州，其他主力部队向浙赣路两侧阵地转移。

6月3日拂晓，日军第15、第22、第32师团向衢州发起总攻。 黄昏以前突破纵深10公里内线的阵地带。 衢州东部中国守军阵地全被摧毁。 4日，大雨如注，乌溪江等各河水上涨，日军无船，铁路桥又被中国军队在3日午夜炸毁，被滞留乌溪江东岸。 5日，日军趁天气好转，全力以赴攻击衢州南部守军阵地，并力图渡过乌溪江，但因缺乏器材，渡河毫无进展。 同日，守城的第86军第16师命留一团继续守衢州，其他部队共2000人，由城东南方向突围，突围部队遭日军袭击，伤亡甚重，当到达南溪口街与26军会合时，只剩千余人。 中国守军虽进行了英勇抵抗，但寡不敌众。 日军于当日8时15分攻占了衢州机场，随后又占领了营盘山附近的航空学校。 入夜，日军继续猛攻，相继占领了衢州城的大南门、中南门、东北门、北门及城墙西北角。 中国守军拼死抵抗，日军未能突入城内。

7日晨，中国守军因弹药打尽，无法再战，乃从衢州城东突围。日军占领衢州，并立即将机场破坏殆尽，实现了其发动浙赣战役的部分战略目的。

日本第13军在攻陷衢州后，调整了部署，以第16师团及河野旅团警备该地区；以第15、第22、第32师团等部队继续西犯，向玉山、常山、广丰、上饶方向进击。

6月9日，日军攻陷常山。 12日下午，攻陷玉山。 中国守军暂编第13师一部与日军在广邦附近五峰山奋战6昼夜，歼灭日军1个联队。 中国军队某营仅剩官兵7人，仍坚守阵地。 14日22时，日军第22师团占领中国第3战区司令部所在地上饶。

在赣东方面，日本第11军为配合第13军打通浙赣路，在东犯并于6月2日攻陷进贤后，遭到中国军队有力阻击。中国第100军第57师一部在将军庙、东乡等地与敌逐次战斗，并在邓家埠给敌较大打击后，主力即向鹰潭、贵溪以西撤退。企图在此地区阻止第11军东犯。6月11日，第11军令其第34师团进击鹰潭，并令第29独立飞行队相配合。13日，该师团进入鹰潭、贵溪之间地区，遭到该地区守军第100军的顽强抗击，激战至16日，鹰潭、贵溪失守。在此期间，浙赣铁路之南日军第11军一部于6月12日前，先后占领崇仁、宜黄、南城等地。自6月12日起，中国军队进行了局部反攻，至16日，第79、第4军等部先后收复南城、宜黄、崇仁等地。此后，日军曾再次攻陷崇仁、宜黄。

7月1日10时30分，沿浙赣路东西对进的日军第13、第11军各一部在横峰城会师，实现了其打通浙赣线的战略目的，遂把作战重点进一步转向竭力破坏中国军事设施，尤其是机场、铁路，并大肆掠夺中国的军需资源。

在浙东南地区，中国撤退至敌人后方的军队，乘日军西犯之际，对其进行了频繁的袭击，以牵制西犯之敌，相继克复寿昌、永康、浦江。6月18日，一度克复武义。敌人匆忙抽调兵力再犯浦江。中国新编第21师奋力抗击，第63团几乎全部阵亡，全师仅存2000余人。

日军还于24日攻占丽水，破坏了丽水机场。7月9日沿瓯江进占青田，11日再占温州，打通了瓯江水上运输线。

自7月初起，浙赣线两侧中国军队利用日军转防之际，发动了局部反攻，收复了一些地区。7月7日，第192师克复新登；15日，该师又收复桐庐。19日，第62师克复建德。第75、第108、第147等师，也于18日、19日先后收复横峰、弋阳等地。

7月28日，日本大本营鉴于发动浙赣战役的目的已经达到，下令其中国派遣427第29章正面战场湘、鄂、浙、赣方面的作战军停止浙赣作战，向原驻防地反转。因金华附近地区盛产日本炼铁、制铝工业急需的萤石，日军为保障源源不断地掠夺此资源，将第22师团等部留置于金华、武义、东阳地区，以达其长期占领之目的。其他各部队自8月中旬起开始撤退，至8月30日基本返回原驻地。

中国军队乘敌收缩兵力收复了失地。至8月30日，除日军继续占领的金华附近地区外，第3战区大致恢复了战前态势，浙赣战役结束。浙赣战役历时3个半月，日军侵占浙、赣两省48县，达10余万平方公里，给中国军民生命财产造成了重大损失。中国军民死亡25万人，其中军队官兵阵亡4万余人。日军亦遭受严重损失，死伤官兵共28955余人，军马2600余匹。

战役前期，中国军队在金华、兰溪、衢州地区，顽强抗击日军进攻，使其受到相当阻滞，尔后又主动放弃原定在衢州与敌决战的部署，把大部队转移到外线山地作战，这有利于保存有生力量，机动打击敌人。战役后期，中国军队也能主动出击，收复失地。

但是，中国军队也存在严重的缺点，当日军随着战场扩大，逐渐丧失战役初期集中兵力、强攻突进能力，陷入分散被动态势时，中国军队某些高级将领消极避战，保存实力思想严重，缺乏积极出击敌人侧背的决心和部署，贻误了不少战机。尤其是中国军队虽已觉察到日本撤退的意图，但无乘机反攻、大量歼灭敌人的气魄，没有实施像第三次长沙会战中那样的追击包围战，给敌人以更大的打击。