抗戰爆發後，日軍又重新組建了十三、十八兩個新編常設師團，又組建了一批特設師團。所謂的特設師團是指由常設師團的預備役人員所組成的部隊，其番號為常設師團、聯隊的番號前加一百。其編製大體與常設師團相同，隻是騎兵聯隊變為騎兵大隊（二個騎兵中隊與一個機槍小隊），挽馬製師團的炮兵聯隊為三十六門野炮與十二門山炮。特設的馱馬製師團人數為28200人、挽馬製為24400人。同時在做戰時日軍給各師團配屬特種兵及補充人員等，可使一個師團指揮的人馬達四萬人以上
在侵華戰爭中，由於作戰消耗，同時日軍感到四聯隊製師團行動不便，又搞出了三單位製師團與獨立混成旅團兩種編製。三單位製師團的編製為師下轄一個步兵團，步兵團下轄三個步兵聯隊，聯隊下轄三個步兵大隊與一個步兵炮中隊（四門步兵炮）。步兵大隊無大隊炮小隊，炮兵聯隊為二十四門山炮或野炮，騎兵聯隊改為搜索聯隊，其他如輜重、工兵等後勤部隊也大為減少，編製人數為12800人。獨立混成旅團轄五個步兵大隊與一個炮兵隊、通訊隊、工兵隊、輜重隊等，總人數約5000人。步兵大隊轄三個步兵中隊與一個機槍中隊（四挺重機槍）、炮兵隊轄一個山炮中隊與二個野炮中隊。這兩種部隊都是主要做為守備用途的，同時具有小規模的野戰能力。
到了武漢戰役結束之後、由於戰場的擴大與戰爭消耗，日軍越來越多將三單位製師團與獨立混成旅團投入了第一線。因此、日軍進行了編製上的調整，將三單位製師團的後勤部隊予以補充，使總人數達到了1.5-1.7萬人。獨立混成旅團的步兵大隊改為轄四個步兵中隊與一個機槍中隊，總人數達6000-7000人。該編製僅限於一線部隊，守備部隊仍為原編製。另外又開始將四單位製師團改為三單位製。
太平洋戰爭爆發之後、日軍又編組了兩旅團製師團。師團下轄兩個步兵旅團，旅團轄四個步兵大隊、步兵大隊轄四個步兵中隊與一個機槍中隊（八挺重機槍）。師團無炮兵、僅直轄工兵隊、輜重隊與通訊隊，總人數為11980人。
到了一九四四年、日軍又將師團分為甲乙丙三種（此時己無四單位製師團了）。甲種師團有兩類、一類為原有的常設師團、總人數為2.1萬人，擁有三十六門75mm山炮或野炮。一類為原有的特設師團與三單位製師團，總人數為1.8萬人。乙種師團也是三單位製師團、隻是沒有炮兵聯隊與騎兵（搜索）聯隊，總人數為1.4萬人。丙種師團即兩旅團製師團。同時、日軍又出現了獨立警備隊與獨立步兵旅團兩種編製。獨立步兵旅團的編製與兩旅團製師團所轄的步兵旅團相同，人數為5100人。獨立警備隊下轄六個步兵大隊、大隊下轄三個步兵中隊與一個機槍中隊（四挺重機槍），無特種兵（在此處、特種兵指步兵以外的其他兵種），總人數為4900人。