一九三六年三月，蒋介石接受徐庭瑶考察欧美军队现代化装备後所提出的建议，在南京成立陆军交辎学校。一九六七年，在交辎学校基础上又扩编建成第一个陆军装甲兵团，杜聿明任团长。全面抗战爆发後，杜聿明率装甲兵团的两个连参加淞沪会战。一九三八年，装甲兵团撤至湖南湘潭整训，后扩编为第二○○师。同年冬该师又扩编为新编第十一军。一九三九年一月，番号又改为第五军，杜聿明任军长，下辖第二○○师〔师长戴安澜〕、荣誉一师〔师长郑洞国〕和新二十二师〔师长邱清泉〕。第五军是抗战初期国民政府唯一的机械化军。在杜聿明统率下，该军注意训练，士气旺盛，号称新军，一时蜚声全国。一九三九年十一月，第五军在昆仑关战役中奋勇搏杀，重创号称“钢军”的日军坂垣征四郎所部的第五师团第十二旅团，歼敌六千余人，取得重大胜利。此役後郑洞国调升，带走荣誉一师，第五军由广西移驻云南，第九十六师〔师长余韶〕调归其建制。
一九四二年三月，根据中英两国政府签订的“中英共同防御滇缅路协定”及英方请求，国民政府令第五军、第六军、第六十六军组成中国远征军第一路军，开赴缅甸对日作战。三月上旬，第二○○师到达同古，接着便在此与日军发生第一次恶战，歼敌五千余人，在中国远征军史上写下光辉的一页。由于孤军深入，日军凶悍，第二○○师被迫撤退。新二十二师继而在斯瓦战役中重创日军第五十五师团。四月中下旬，第九十六师又在平满纳抗击日军两个师团的猛烈攻击，虽伤亡甚重，但阵地始终未被敌人突破。因中美英三方在战略上的矛盾及指挥上的混乱，导致中国远征军第一次入缅作战失利，并于４月底开始撤退。第五军的第二○○师、九十六师历尽磨难，撤回国内；而第五军军部、新二十二师及第六十六军的新三十八师则撤退至印度。这次撤退损失惨重，第二○○师师长戴安澜在指挥部队撤退中不幸中弹，壮烈殉国。噩耗传来，举国悲恸，蒋介石亲自为其举行葬礼，中共头目毛、周、朱、彭等均打电报表示哀悼。第五军在出国作战前共有四万两千人，战斗中死伤七千三百人，而在撤退中死伤竟达一万四千七百人，其中绝大多数又是在穿越缅北野人山中丢掉性命的，当时的情景实在是惨不忍睹。许多将士后来回忆谈起那段遭遇时，仍不免为之动容。
七七事变后，国民政府在汉口组建第七十四军，俞济时任军长，下辖王耀武的第五十一师和俞济时自兼师长的第五十八师。该军成立後不久就奉命参加淞沪会战，一战便名震淞沪，真乃“初生牛犊不怕虎”。在参加完南京保卫战後，第七十四军被调至湖北沙市休整，补充乒员。一九三八年，第七十四军又先后参加徐州会战、兰封会战、武汉会战。十一月，该军开赴湘阴、长沙一带整训，并扩充为三个师，分别为第五十一师〔师长王耀武〕、第五十八师〔师长冯圣法〕、第五十七师〔师长施中诚〕。一九三九年，俞济时又率部参加南昌会战、第一次长沙会战。一九四○年，俞济时升职，由王耀武任七十四军军长，李天霞接任五十一师师长一职。王耀武对蒋介石的提拔感激涕零，立誓要将第七十四军训练成纪律严明、战斗力强、服从指挥的军队。一九四一年三月，王耀武指挥七十四军参加上高会战，大败日军。军政部长何应钦曾在国民参政会上说，这次作战是抗战以来“最精彩之战”。第七十四军因作战有功，国民政府特颁军中最高奖旗——飞虎旗一面，以彰其功，第七十四军也一时名声大噪，被誉为“抗日铁军”。
上高会战後，第七十四军又参加了後两次长沙会战及浙赣会战、鄂西会战。在一九四三年十一月十二日的常德会战中，该军表现极为英勇。当时第五十七师固守常德，与日军血战十六昼夜。日军先後使用飞机、大炮、毒气轮番进攻，第五十七师官兵伤亡殆尽，最後师里所有勤杂政工人员全部上阵，余程万师长亲率卫队参战。
官兵弹尽肉搏，誓死拼杀，战场惨烈空前。此役仅五十七师就毙伤日军万人以上，再次打出了“抗日铁军”的声威。蒋介石在给余程万的电文中说：“欣悉我五十七师全体官兵保卫常德，奋勇歼敌，已引起全世界各友邦最大之敬意”。一九四三年五月，周志道接替李天霞任五十一师师长，一九四一年余程万接替施中诚任五十七师师长，五十八师师长先後由陈式正、廖龄奇接任，一九四一年十一月张灵甫又升任该师师长。常德会战後，王耀武调升，施中诚接任第七十四军军长一职。後施中诚又率部参加了长衡会战，五十一师和五十八师也表现不俗，真可谓强将手下无弱兵。
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