就在对美是战是和、局势微妙的情况之下，1941年6月22日，法西斯德国对苏联发动闪电突袭，第二次世界大战欧洲战场上的苏德对抗爆发，武藤章将此视为发动对苏进攻的绝好时机。在参谋本部和大本营陆海军部多次聚会研究对苏作战问题中，武藤章是主要参加者之一，他开始不遗余力地鼓吹进攻苏联。
1941年6月27日晚，武藤章在一次会议上提议，将大本营所拟方案中的“秘密做好对苏作战准备”，改为“在决心行使武力的情况下开始秘密准备”，但当时未获大多数人支持而没有被通过。不过，武藤章并没有就此罢手。7月，他指使关东军进行所谓的“关东军特别大演习”，调动部队和物资加紧对苏备战。
8月3日凌晨，武藤章参与讨论并制定了《帝国对日苏现状所应采取的措施方案》，核心是要“对苏联的正式进攻应不失时机立即应战，同时迅速由最高会议决定开战”。由此可见，以武藤章为首的日本侵略者已准备在“南进”的同时，也不放松对北方的企图，其侵略野心之大，昭然若揭。
在是否对美开战问题上，一开始武藤章还是寄希望于能与美国取得谈判成功的。因为如果成功，则意味着，诸如橡胶、石油等已经非常匮乏的军需品能通过英美控制的东南亚获得。同时，作为军务局长的武藤章也深知日本自身的实力，认为：“日美战争是日本的自杀行为，应该始终坚持达成外交谈判。”对于这种策略的考虑，当时大本营亦做过这方面的努力。当时，首相近卫文准备赴美会见美国总统罗斯福，进行高层会谈，而武藤章就被内定为此行的随员之一。随着局势的发展，这一缓兵之计最终以破产告终，武藤章于是转向积极主张发动“太平洋战争”的立场。
1941年8月16日，武藤章与海军军务局长、作战部长召开会议，专门磋商《帝国国策实施方针》。该方针决定，以10月下旬为限，在太平洋对美军的战争准备和外交交涉同时并进，如果10月中旬外交交涉仍不能取得美国妥协时，就采取武力。外交交涉的目标是：日、美两国相互保证，不对法属印度支那以外的东南亚及南太平洋地区实行武力扩张；日、美两国政府相互保证，在荷属东印度获得各自需要的物资；美国保证供应日本航空用汽油100万吨。9月6日，关于对美谈判的御前会议召开，这次会议做出了“截至10月上旬如还不能达到贯彻对美要求的目标，则决心对美、英开战”的决议。
到了10月上旬，日美谈判仍毫无进展。10月16日，近卫第三次内阁总辞职。10月18日，东条英机作为新首相组阁，并兼任陆军大臣留在现役，同时还兼任内务大臣，集军政大权于一身。岛田繁太郎大将被任命为海军大臣，东乡茂德为外务大臣。显然，东条英机已为向英、美开战做好了准备。
东条英机出任首相之后，对于日美谈判已不寄太大希望，指派武藤章负责督导外务省对美谈判。武藤章此时与东条英机态度一致，因而同海军省军务局局长冈敬纯以及外相东乡茂德，炮制了条件更为苛刻的对美谈判方案。
1941年11月5日，武藤章等人炮制的对美谈判方案在御前会议上公布时，引起了相当激烈的争论。一些阁僚认为这种不可能被接受的苛刻条件，只能更加刺激美国而不可能达成任何的妥协，因而表示反对。看到会议无法继续下去，武藤章提议先休会十分钟。他与东条英机利用这一间隙在另一房间说服了持反对意见者，最终使此案得以通过，并追加了第4条款，即美国不得妨碍日华间达成和平(即劝降国民政府)协议。如此苛刻的条件，美国当然不可能接受。
12月8日，日军偷袭珍珠港美国海军基地，发动了太平洋战争，而武藤章则是协助东条英机发动太平洋战争的重要“功臣”之一。
日军在太平洋战争之初，迅速扩大对东南亚的侵略，武藤章于1942年4月被任命为驻苏门答腊近卫师团师团长。1944年10月，随着盟军的反攻，日军在东南亚日益陷入逆境。为了扭转败局，再做最后一次反抗，时任内阁首相小矶国昭与日军大本营决定在莱特岛同美军进行一场决战。在这场决战中，被称作“马来之虎”的山下奉文被调任为该军参谋长。作为残忍成性的山下奉文的麾下，武藤章在菲律宾亦犯下了种种暴行，是制造菲律宾的“马尼拉惨案”的主要元凶之一。
%%%极力鼓吹侵略的法西斯军官武藤章亦逃脱不了历史的审判，妄图以自己“位卑言轻”为借口逃避战争责任的他，在铁证如山面前不得不低头认罪1945年8月15日，日本宣布接受《波茨坦公告》，无条件投降。率领残部躲于菲律宾碧瑶山
中负隅顽抗的武藤章9月3日才走出山区向盟军投降。投降后的武藤章被关押在菲律宾，半年后，被释放回日本。
肆虐他国领土的战争罪犯逃脱不了历史的正义审判，武藤章这个双手沾满无辜平民鲜血的战争狂徒亦不例外。日本政府无条件投降后，在中国政府的正义要求之下，盟军以战犯嫌疑罪名逮捕了武藤章，将其关押在日本东京巢鸭刑务所。
1946年3月31日，远东国际军事法庭检察团，将武藤章作为发动侵略战争的甲级战犯起诉，其主要罪行包括犯有参与策划发动侵略战争、制造“南京大屠杀”和“马尼拉惨案”等。
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