Als im Juli 1937 der Krieg begann, wurde die 3. Division ab 15. August dem Kommando der Shanghai-Expeditionsarmee unterstellt, welche Shanghai erobern sollte. Bei der Landung in Wu Xiao (23. August), einem Vorort von Shanghai, war der Widerstand der chinesischen Truppen so heftig, dass bald auch die 9., 13. und 101. Division gelandet werden mussten. Die 3. Division hatte bei Kampf von Zhabei schwere Verluste durch die 88. chinesische Division erlitten. Die Organisation, das Offizierskorps und die Kommandostruktur blieben jedoch intakt, und die Luft- und Marineüberlegenheit sowie Zugang zu gepanzerten Fahrzeugen wie Tanketten vom Typ 94 brachten am 28. Oktober an der nördlichen Bahnstation die Einnahme des zuletzt umkämpften Sihang Warenhauses. Anschließend beteiligte sich die 3. Division Anfang Dezember an der Eroberung von Nanjing. Am 14. Februar 1938 der neu formierten Zentralchina-Expeditionsarmee (General Hata Shunroku) unterstellt nahm die 3. Division im Mai an der Schlacht um Xuzhou teil. Danach der 2. Armee unterstellt kämpfte die Division am nördlichen Abschnitt der Schlacht um Wuhan.