1937年（民国26年）7月に日中戦争が勃発し、12月には李品仙は第11集団軍総司令（3個軍統轄）に任命される。李品仙は李宗仁が管轄する第5戦区に赴任し、台児荘の戦いや徐州会戦に参戦、日本軍に大打撃を与える軍功をあげた。翌1938年（民国27年）6月には武漢会戦に参戦し、武漢防衛軍第4兵団司令に任ぜられている。最終的に10月に武漢は陥落したが、李品仙率いる軍は他の友軍に比べ善戦し、その後湖北省で休養・再編に努めた。1939年（民国28年）4月には、随棗会戦（日本側呼称は襄東会戦）に参戦、日本軍の4個師団などと激戦を展開し、攻勢を食い止める軍功をあげた。