下令备战。与此同时发生两广事变，陈济棠与桂系以抗日为名再次反蒋。李汉魂决定辞职，同时通电劝告陈济棠息兵，及请求各军人团结抗日。陈济棠下野后李汉魂复职。抗战开始后，李汉魂任六十四军军长，于1938年初在陇海线一带与日军作战，于罗王砦战役中歼灭土肥原贤二第十四师团，缴获土肥原的军刀及勋章。李汉魂获「华胄勋章」。年中于武汉保卫战中在德安又取得胜利。同年10月，日军在广东大亚湾登陆后攻陷广州，李汉魂被任为广东省主席，兼国民党广东省部主任委员。次年12月任第35集团军总司令，在粤北击退日军攻击。次年辞去第35集团司令