日军第十八师团开始全力向惠阳追击前进。惠阳是大亚湾通往广州的第一道门户，背依东江，广九铁路横贯其中，有重要的战略地位。惠阳中国守军为第一五一师的一个团和独立旅一部。十四日夜，日军第十八师团右翼部队冒雨攻击惠阳城，中国守军利用较为完备的城防工事进行抵抗，双方彻夜激战，十五日凌晨四时以后，日军逐渐从惠阳北、南、西三面突入城内，中国守军弃城退却，惠阳于早晨七时陷落。接着，十六日夜，惠州也被日军占领。
十七日，日军第十八师团主力向增城推进。余汉谋决定利用广州和增城的既设阵地集中兵力阻击日军。国民政府军事委员会也紧急电令位于九江以南的第六十四军和第六十六军从南浔路南下增援广州。十八日，日军第十八师团先头部队抵达增城东南，遭到中国守军的炮击。 日军的骑兵大队也加入了步兵的冲击，中国守军被迫退至增城外。余汉谋准备集中第一八六师、第一五三师、第一五四师和独立第二十旅，在增城至博罗间的公路上聚歼日军。
二十日，日军在增城地区的兵力已达五千以上，在航空队的助战下，日军向正在集结的中国军队发动了猛攻，突破中国守军的防线后顺势追击，中国军队顿时陷入全线混乱的态势。当夜，余汉谋率领他的指挥部撤离广州，去了北部的清远，广州城内留下的部队仅是警税团和少数宪兵。二十二日傍晚，日军第十八师团未经作战进入广州城。日军第一O四师团则从增城一路向北，二十二日占领太平场，二十三日占领从化。
由于第二十一军攻占广州的作战出奇顺利，司令官古庄干郎中将遂决定第五师团在海军的配合下，向位于珠江口的虎门要塞发动攻击。第五师团乘坐的舰船由第五舰队护航，从大亚湾出发，绕过香港，于二十二日晨进入伶仃洋。在战机和舰炮的支援下，日军强行登上大角头岛西岸，攻陷蒲州炮台。附近大角炮台的中国守军一个营顽强抵抗，整整坚守了一个昼夜，直到三百名官兵伤亡殆尽，大角炮台失守。日军从大角头岛继续向川鼻岛前进。
此前，为使虎门要塞上的军事设施统统“沉默”，日军护卫舰队以及航空兵主力已对虎门进行了持续两天的轰击和轰炸，中国要塞守军兵力单薄无力支撑，于二十二日晚撤守。二十三日傍晚，日军第五师团主力从川鼻岛登陆，占领虎门要塞。至二十九日，日军完全控制了广州及其附近地区。直到这时候，奉命增援广州的中国军队第六十四军和第六十六军仍不见踪影。
广州陷落，粤汉铁路被截断，港口口岸被封锁，日军得以建立南方作战的前进基地，而中国重要的国际交通补给要道被彻底阻断。此时的武汉已被日军三面包围。武汉之于国民政府的重要地位已经丧失。即使固守最终也会失守。倘能保全若干力量，即是持久抗战与最后胜利的根基。况且，在武汉外围长达五个月的作战中，中国军队已毙伤日军数万，击沉日舰百余艘，击毁日军战机百余架，并迫使日军不断从国内增兵致其国力损耗日剧。---中国军队消耗日军的作战目的已经达到，即“守武汉而不战于武汉是为上策”。
于是，国民政府军事委员会决定：放弃武汉。这是坚守之后的放弃。只是，放弃武汉意味着另一种军事行动的开始，即位于前线的众多中国军队将全面撤退。军事委员会秘密地向第五战区司令长官李宗仁和第九战区司令长官陈诚通报了这一决定，并要求他们尽快进行部署从而使部队有计划地撤出战场。一九三八年十月二十四日，中国军队弃守武汉的命令正式下达。
当晚，蒋介石离开武汉，飞往湖南衡阳。日军第二军占领信阳后，其第十师团沿平汉路南下，主力则在平汉路以西经应山、安陆、云梦、应城向汉阳和汉口迂回，沿途没有遇到中国军队成规模的抵抗，于二十三日抵达应山地区。而位于大别山北麓的日军第十三、第十六师团也发现，之前顽强阻击他们的中国军队没了踪影，因此得以迅速向麻城地区推进。
中国第五战区数量惊人的部队的预定撤退部署是：第二集团军孙连仲部的第三十、第四十二军，第三集团军的第十二、第七十一军，改称为“豫西兵团”，划归第一战区，经应山向豫西撤退。第十七军团胡宗南部的第一军和第十六军，向豫西南的南阳方向集结，归军事委员会直接管辖。第二十一集团军廖磊部的第七军和第二十六集团军徐源泉部的第十军留在大别山打游击，并与已在苏皖边区游击的第二十四集团军韩德勤部的第五十七、第八十九军以及第五集团军于学忠部一起，改称为“苏皖鄂边区兵团”，由廖磊任总司令。
第十一集团军李品仙部的第三十一、第八十四、第三十九军向鄂北广水附近的洛阳店及马坪集结。第三十三集团军张自忠部的第五十九、第七十七、第六十八军，向鄂中应城以西的坪坝集结。第二十二集团军孙震部的第四十一、第四十五、第三十六军，担任位于武汉西南方向的金口以西长江南岸的守备。第二十六军萧之楚部撤退到平汉路以西，向鄂中的钟祥集结；第五十五军曹福林部撤退到鄂北的枣阳；第二十九集团军王缵绪部的第四十四、第六十七军向鄂南的潜江转移；第八十七军刘膺古部向潜江以东的沔阳转移。第五战区司令长官部撤退到鄂北随县。
只是，撤退命令一经下达，部署便成一纸空文。李宗仁致电蒋介石：“近查各军撤退以后，均未能遵照制定地点遂行任务，川军各将领多到宜昌，队伍凌乱，无法指挥，又无生力军部队担任掩护。”川军擅自撤至宜昌，是因为那里离他们的家乡不远了。李宗仁对溃兵如潮既愤怒又无奈，他指责川军只是一个借口，更令他怒不可遏的是中央军部队根本不听他这个桂系将领的指挥。