日中戦争（抗日戦争）が勃発すると、方天は上海方面での日本軍迎撃に参加した。1938年（民国27年）夏、第185師師長に昇進し、武漢防衛戦（日本側呼称：武漢作戦）に参戦している。さらに1940年（民国29年）5月、棗宜会戦（日本側呼称：宜昌作戦）に参戦し、同年12月には第18軍軍長兼宜巴要塞区守備司令に昇進した。1943年（民国32年）5月、鄂西会戦（日本側呼称：江南殲滅作戦）に参戦し、同年8月には昆明に移駐して第54軍軍長となった。9月には第11集団軍副総司令も兼ねている。1944年（民国33年）4月、第20集団軍副総司令に移る。同年8月には国民政府軍政部軍務司司長に任ぜられ、翌年1月、軍政部軍務署署長となった。