1937年（民国26年）に日中戦争（抗日戦争）が勃発すると、羅卓英は第16軍団軍団長に任命され、左翼軍の一角として上海で日本軍迎撃に参加した（第2次上海事変、淞滬抗戦）。羅は善戦したが最後は防衛線を破られて無錫方面へ退却している。11月、羅は第15集団軍総司令に任命され、さらに南京衛戍司令長官唐生智を補佐する副司令長官も兼任することになった。しかし、上海の戦いですでに羅の軍は酷く損耗しており、日本軍を撃退する力は残っていなかった。南京陥落後、羅は蘇皖浙辺区へ部隊を退却させ、しばらくゲリラ戦を展開している。1938年（民国27年）1月、第19集団軍総司令に任ぜられ、6月からは武漢会戦に参戦し、9月には陳誠の後任として武漢衛戍司令を務めた。