全国抗战爆发前，中国海军的规模较小。至1934年上半年，虽有3个舰队，大、小舰艇100余艘，但总吨位只有8万吨左右，相当于日本海军总吨位的十八分之一，且多数舰艇陈旧、性能较差，仅能在海岸线或江河协助陆上战斗或担任戒备任务。
1937年8月至12月，中国海军面对日本海军的海上进攻和沿长江西侵之势，将第1、第2舰队和练习舰队、巡防队、测量队的49艘舰艇，集中于长江，采取沉船阻塞、水雷封锁和火炮抗击的方式进行抗战。在黄浦江，利用沉船和水雷建立封锁线，并采取鱼雷快艇攻击和派水兵偷袭的方法攻击敌舰。1937年8月16日晚，江阴区防司令部派出102号快艇，自江阴经内河潜至黄浦江，进至距日本海军旗舰“出云”号300米处，向该舰发射2枚鱼雷，均命中爆炸，使日舰遭受重创。至11月下旬，共击落日机7架，重创日舰2艘，在江阴以43艘沉船和大量石块组成了阻塞线。
1938年1月至10月，中国海军在马当安装舰炮8座，布雷1400余枚，在湖口安装舰炮6座，布雷900余枚，均起到了阻敌的效果。1938年3月，中国海军在田家镇和葛店共安装舰炮18座，布设大量水雷，多次挫败日军沿江进攻，为保卫武汉起到了积极作用。
1940年1月至1941年10月，中国海军在长江中下游敌占区，设置布雷游击区，取得击沉敌各种舰艇116艘的重大战果。中国海军还在闽厦、广东、浙江等地的沿海地区进行了英勇抗战。
全国抗战爆发前，中国空军共有3个轰炸机大队、3个战斗机大队、2个侦察机大队、1个运输机大队和5个直属中队、4个运输机队。
1937年8月13日，中国空军在淞沪会战中与日本航空队展开激战。第二天，日机分批袭击杭州笕桥、安徽广德机场，中国空军第4航空大队的战机由笕桥航校机场紧急升空作战。经过3天的激战，共击落日机40余架，给日军鹿屋、木更津航空队以歼灭性打击。8月17日，中国空军出动飞机44架，轰炸虹口的日军阵地，并击落日机2架。8月19日，中国空军出动飞机20架，轰炸白龙港水域日舰，飞行员沈崇海驾机向日舰俯冲，炸沉日本海军1艘巡洋舰。
1938年5月19日晚，中国空军2架轰炸机从宁波前进机场起飞远征日本，20日2点45分飞抵日本长崎上空投掷照明弹和传单后，又飞至久留米、福冈、佐贺等地侦察日本军港及机场情况，圆满完成任务后返航。这是第二次世界大战中盟国空军首次远征日本本土。
此后，中国空军在苏联志愿航空队和美国空军的支援下坚持抗战。到1944年中美空军夺取了中国空中战场的主动权，至1945年已完全掌握制空权。
