Năm 1937, Vương chỉ huy sư đoàn của mình trong Trận Thượng Hải. Một viên trung đoàn trưởng dưới quyền ông chính là Trương Linh Phủ, vừa được ông cứu khỏi nhà tù. Cuối tháng 11, quân Trung Hoa thua trận tại Thượng Hải và Phương diện quân Trung Chi Na của Đại tướng Matsui Iwane tiến về Nam Kinh. Trong Trận Nam Kinh, Sư đoàn 51 của Vương bị tổn thất nặng nề và chỉ huy của ông là Tướng Đường Sinh Trí trốn khỏi thành phố mà không báo cho ông và các chỉ huy khác. Vương khó khăn lắm mới trốn được khỏi thành phố và chỉ có 3,000 quân dưới quyền ông thoát được cuộc thảm sát của quân Nhật. Năm 1938, ông tham dự Trận Lan Phương chống lại Sư đoàn 14 (Lục quân Đế quốc Nhật Bản) dưới quyền Tướng Doihara Kenji, một trong những người chủ mưu Sự biến Mãn Châu. Không ngăn được bước tiến của quân Nhật, Chính phủ Quốc dân ra lệnh mở đập sông Hoàng Hà, gây ra nạn lụt Hoàng Hà 1938. Trong Trận Vạn Gia Lĩnh, đơn vị của Vương giao chiến với quân Nhật đang cố gắng phá vỡ vòng vây của quân Trung Hoa. Sư đoàn 106 (Lục quân Đế quốc Nhật Bản) của Trung tướng Matsuura Junrokurō gần như bị quét sạch trong trận này. Năm 1939, Vương chỉ huy lực lượng của mình tham gia Trận Nam Xương, nhưng quân Trung Hoa không giữ được thành phố. Tuy nhiên, Vương chứng tỏ được tài năng trong Trận Trường Sa (1939) và được thăng chức Tư lệnh Quân đoàn 74. Dưới quyền ông, Quân đoàn 74 trở thành một trong những đơn vị tinh nhuệ trong quân đội Trung Hoa và tham chiến trong hầu hết các trận đánh đến hết Thế chiến II. Trước khi chiến tranh kết thúc, Vương được thăng chức Tư lệnh Phương diện quân 4 và trở thành ủy viên Trung ương Quốc dân đảng.