Men, etter utbruddet av den andre kinesisk-japanske krigen, ble Matsui tilbakekalt til aktiv militærtjeneste den 15. august 1937 til å bli sjefen for den japanske ekspedisjonsstyrken under slaget om Shanghai. Den japanske historikeren Hiroshi Yoshida skrev i hans biografi om statsminister Fumimaro Konoe at Matsui var blitt personlig håndplukket til denne stillingen av keiser Hirohito.