武汉会战期间，周恩来担任中共中央长江局副书记、国共谈判中共代表团团长以及国民政府军事委员会政治部副部长等重要职务，
周恩来在武汉以各种方式、利用各种场合广为宣传我党的各项抗日主张特别是毛泽东同志关于持久战和游击战争的战略思想。1938年1月，周恩来就在《群众》周刊上发表了《怎样进行持久战》一文，详细宣讲了开展持久战的8种方法，并同时在《新华日报》、《群众》周刊全文发表了毛泽东的《抗日游击战争的战略问题》一文，《新华日报》为此还特别发表题为《变敌人后方为前线》的评论文章，向广大读者推荐和介绍该篇著作。7月中旬开始，在周恩来的主持下，《新华日报》开始连续刊载《论持久战》，并组织印刷发行了单行本，前后共四次。此前，周恩来还将当时尚未正式发表的《论持久战》中的主要内容亲自向白崇禧作了介绍，后者听后赞叹不已，并经周恩来同意向蒋介石作了转速。蒋介石了解后也深为赞赏，并将之反映到了指导全面抗战的战略方针当中。周恩来还亲自登门拜访著名爱国将领冯玉祥，向他介绍毛泽东的战略思想，一起分析研究战局，提出的观点、见解深邃、洞察，赢得了冯玉祥的由衷钦佩。
会战期间，周恩来通过各种形式包括多篇在《新华日报》、《群众》周刊等上面发表的文章，不断就保卫大武汉的战略方针、作战思想、战术方法等向国民党军事指挥机构提出建议和意见，并产生了积极的影响。这些重要文章包括《论目前抗战形势》、《论保卫武汉及其发展前途》等。在《论目前抗战形势》中，周恩来重点宣扬了毛泽东在《论持久战》中所阐明的将抗日战争分为三阶段的重要观点，明确提出，要力争搞好武汉保卫战，争取实现由抗日的"第一阶段向第二阶段"转变。在《论保卫武汉及其发展前途》一文当中，周恩来根据形势的最新变化，深入阐述了我党关于保卫武汉的方针，即"强调了在动员上要用最大的决心发动民众，组织民众，训练民众，武装民众，保卫武汉必须实行内线外线结合夹击敌人的作战方针，保卫武汉的目的主要在于给敌人以极大的损伤，在万一不利情况下转移作战地区。"上述方针的阐述为国民党军事当局指挥实施会战提供了很好的参谋建议，蒋介石在会见中共代表团时也对此表示赞赏。
周恩来还利用各种场合直接向国民党当局提出会战建议和意见。早在1938年初，周恩来就向国民党有关人士提出建议，"我军目前战略，似宜以运动战为主，配合以阵地战,辅之以游击战"。他指出，"目前战争的特点是由阵地战逐渐到运动战的形势，希望能够得到前线将领的充分采用，使敌人的迂回战略，受到我们运动战的损伤和消灭。"武汉会战准备、徐州会战实施期间，周恩来向白崇禧建议，在津浦线南段，采取以运动战为主、游击战为辅的联合行动；而徐州以北，以主力采取阵地战与运动战相结合的方针，守点打援，各个击破。上述建议受到了会战战地指挥者李宗仁的高度重视并被采纳。
会战期间，周恩来还广泛联络社会各界人士，把他们团结起来，壮大了抗日救国力量，巩固和发展了抗日民族统一战线。以何应钦、陈诚、顾祝同、张治中、冯玉祥、李宗仁、白崇禧、邓锡侯、卢汉、张冲等为代表的国民党上层人士与地方实力派，以张澜、沈钧儒、史良、李公仆、邹韬奋等为代表的民主党派人士，以斯诺、斯特朗、史沫特莱、爱泼斯坦、艾黎、伊文思、白求恩、柯棣华等为代表的国际友好人士等等，都是周恩来联络、接触、接待、交往或结交的对象。
周恩来还组织领导并亲自参与了会战期间声势浩大的各种抗日救亡活动，为汇集到武汉的各地青年举办培训班，动员和引导他们走上革命道路。其中以组织慰问团奔赴前线、发动"七.七"献金活动、组建中华全国文艺界抗敌协会、组织鲁迅逝世两周年纪念等的影响尤为显著。
周恩来还以国民政府军事委员会政治部副部长的身份，直接领导了以郭沫若为厅长的第三厅，将文化界、知识界等方面的力量团结在一起，通过开展各种形式多样、效果显著的宣传、募捐、慰问等活动，在大武汉地区掀起了抗日救亡运动的高潮，并就如何搞好抗日宣传工作，发表《怎样进行二期抗战宣传周工作》指出，在文字宣传上要力求具体、通俗和生动，在口头宣传上要力求普遍、通俗和扼要，在艺术宣传上要普遍、深刻和激越感人。这些精辟论述对于推动抗日宣传活动的广泛开展和深入发挥了重要的指导性作用。
武汉会战，周恩来日理万机、纵横来往，工作上精力充沛、才华过人，遇到困难更是从容不迫、应对自如，给当时齐聚武汉的中外精英留下了终生难忘的印象。冯玉祥在与周恩来谈话完毕之后，在日记中写到，"极精明细密，殊可敬可佩也。"当时在周恩来直接领导下工作的郭沫若评价到，周恩来思考事物的周密有如水银泻地，处理问题的敏捷有如电火行空，而他一切都以献身的精神应付。邹韬奋则兴奋地告诉朋友说，"周恩来先生的确是我们的良师益友"、"是最可敬佩的朋友"。见多识广的斯诺则这样写到，"周恩来是所有人中最杰出的一个，是一个真正的知识分子。他的知识和信仰都充分融合在他的行动中"。
当时担任中华全国文艺界抗敌协会总务部主任的老舍曾经在当时发表的一篇文章中记述过周恩来参加协会第二次理事会的情景，至今读来依然感人。老舍写到，"轮到周恩来先生说话了。他说，必须设法给文协弄些款子，使大家能多写些文章，使会务有更大的发展。最后（他眼中含着泪）他说他要失陪了，因为老父亲今晚十时到汉口！（大家鼓掌）暴敌使我们受了损失，遭了不幸；暴敌也使我的老父亲被迫南来。生死离合，都增强了我们的团结！告辞了。（掌声送他下了楼）"
对武汉会战历史的回顾与有关研究结果表明，会战期间，尽管周恩来没有直接参与指挥作战,但从会战之前战略指导方针的研究确定、会战期间战略对策与作战方法的改进提高，以及会战后期组织的战略撤退，周恩来都付出了艰辛和不懈的努力，在当时其影响是积极有效、意义巨大的，在今天看来也是举世瞩目和影响深远的。
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