日中戦争（抗日戦争）勃発後、牟中珩は徐州会戦に参戦し、日本軍と激しい戦闘を繰り広げた。1938年（民国27年）7月、第51軍副軍長に昇進した（第114師師長も兼任）。同年8月から武漢会戦に参戦している。翌1939年（民国28年）3月、第51軍軍長に昇進し、同年9月には山東省政府委員にも任ぜられた。1942年（民国31年）1月、山東省政府主席に昇進し、同年8月には国民政府行政院水利委員会委員も務めている。1945年（民国34年）1月、第10戦区副司令長官に昇進し、6月には陸軍中将銜を授与された。