1938年，张发奎任第二兵团总司令兼第八集团军总司令，参加武汉保卫战。他指挥第二十五、第六十四、第八、第七十、第五十四、第二、第四、第六十各军，负责确保赣鄂门户，固守九江以西至蕲春长江两岸各要点的任务。战斗开始后，张发奎所部的预备第十一师、二十五军之一个师和二十九军团主力在姑塘的守军损失惨重。他“下达变换阵地的决心”，以预备队第四军附一五五、第一八七两个师占领狮子山、张家山、两台岭等为第二抵抗线，掩护主力转移。但这一撤退遭到蒋介石的斥责，认为他想保存北伐时第四军的实力，叱令他交出指挥权调回武汉。回汉向最高统帅部汇报战况后，张发奎又调到瑞昌以西地区及马头镇、罗东镇等要塞进行守备，均被日军以优势兵力袭取。后来张发奎又率部在阳新、大冶和通城、岳阳、蒲圻等地组织守备，直到武汉会战结束。