两年后任广田弘毅首相内阁中的陆军大臣。1937年卢沟桥事变爆发后，任华北方面军司令官。1941年11月6日，寺内寿一任南方军总司令，开始执行由山本五十六策划的太平洋战争计划，山下奉文即是其属下。他与山本五十六的海军联合舰队相配合，发动了震动世界的太平洋战争，从越南西贡直捣新加坡。日军占领整个东南亚之后，把南方军总部设在新加坡。寺内寿一升为元帅，于1944年5月把总部转移到菲律宾，由于受到同盟国反攻的威胁，再把总部转移到越南的西贡。1945年4月10日，寺内寿一在接到缅甸被同盟国军队收复的消息后患中风