自9月7日起，從川北和川東開赴前線。10月，劉湘被任命為第七戰區司令長官，負責督師抗戰。川軍被編成兩個集團軍：鄧錫侯為第二十二集團軍總司令，孫震為副司令，下轄第41軍、45軍、47軍（由李家鈺的新6師擴編）；劉湘自任第二十三集團軍總司令，副司令為唐式遵，下轄第21軍、23軍。從川北出川的二十二集團軍被調往山西，劃入第二戰區。由川東出川的二十三集團軍到達漢口後，複又向浙皖邊區推進，被劃歸第七戰區指揮，拱衛南京外圍。
川軍出川抗戰士氣高昂，但是他們的裝備卻簡陋至極。在正麵戰場參戰的各路軍隊中，川軍可以說是最窮的，他們大多身著單衣、草鞋，背著大刀、鬥笠、背包，五六個人才有一支槍，就是這樣的“老套筒”，有的槍的槍機還要用繩子拴著以防丟失，槍管的膛線幾乎被磨光。外界對川軍的口碑也一直不好，因為川軍很多人都有“袍哥”背景。在四川，“袍哥”相當於青紅幫組織，也近似於土匪，很多川軍在抗戰以前也少不了做些打家劫舍的非法勾當，所以外界一直稱川軍為“爛丘八”。但就是這樣一支穿著草鞋單衣，被稱為“爛丘八”的部隊，卻在抗日戰場上屢建奇功，並且組織嚴明，深受讚揚。
最早出川的楊森第20軍，他們一天要走100多裏，晚上宿營還要打草鞋。直到到了湖南辰溪才坐上了船。他們隻用了24天就走完了這段原本需要50多天的路程。到達長沙後換乘火車馬不停蹄地馳援淞滬戰場。
川軍12日到達上海，13日馬上投入戰鬥，並在頓悟寺重創日軍。第20軍134師402旅804團團長向文彬40多年後回憶：“當時戰場上遺屍遍野，受傷者還在血泊中輾轉呻吟，我們便踏著先烈的血跡，勇往直前……隻聽到殺聲震天，衝鋒號淒厲急鳴，兩軍交鋒，刀光劍影，這真是一場驚天地、泣鬼神的血戰啊……”
這位向文彬，是川軍中臨危受命、誓死保衛祖國的突出代表；也就是他，在淞滬戰場上，3個小時內被蔣介石由中校升至上校，再由上校升至少將。
1937年9月，剛剛從四川徒步跋涉而來的川軍第47軍翻越秦嶺，抵達陝西西安。時值深秋，川軍將士的身上卻仍然穿著草鞋單衣。抵達火車站的川軍將士，還沒來得及喘息，便被通知要他們乘火車前往山西抗日前線。川軍士兵就這樣穿著單衣草鞋，背著“老套筒”迎來了他們出川的第一場硬仗。
山西長治，這片土地也許永遠不會忘記第47軍178師的將士。在這裏，日軍大量的飛機和坦克，向178師鎮守的東陽關掃蕩。而川軍將士手裏的，是經常卡殼的步槍、迫擊炮。就是憑著這樣的裝備，川軍將士和日軍激戰了兩天。子彈打光了，他們就用磚塊、破槍、拳腳和敵人肉搏。雖然裝備上有著這麼大的差距，但仍造成了日軍上千人的傷亡。當然，川軍也付出了更慘重的代價，守城的司令李克源、副司令李克淵和參謀長李浩東均身負重傷。未能退出城的數千名將軍戰士與敵拚殺至死。死去的川軍將士大多沒留下姓名。長治的百姓自發地為他們建起了廟宇，供奉起了他們的神位。
這支英勇之師的指揮官正是李家鈺。
李家鈺，1892年出生，四川蒲江人，他是第一個向蔣介石請纓出戰的川軍將領，也是唯一一個把自己的所有部隊都帶出來抗戰的川軍將領。出川以後，1939年，李家鈺升任第三十六集團軍總司令。他的部隊從1937年起在山西境內作戰兩年多，擊斃日軍上萬人。也是他的部隊，在1944年主動為其他部隊殿後，掩護國軍其他主力撤退，而這一仗卻使李家鈺的一個主力團損失殆盡，他本人也因為在途中中了日軍第1軍69師團一部的埋伏於5月21日不幸犧牲。李家鈺成了在戰場犧牲的川軍最高將領，也是抗戰中繼張自忠之後犧牲的第二位國軍集團軍總司令。6月22日，國民政府追授他為陸軍上將，並頒布對他的褒獎令。之後，他的遺體國葬出殯儀式在成都舉行，遺體被安葬在成都紅牌樓。
1937年11月底，在南京保衛戰中，因下屬臨陣脫逃而致使廣德失守，奉命駐守的川軍第145師師長饒國華痛心疾首，為收複失地，親領僅有的一營官兵反攻，最終敵眾我寡，在十字鋪據點被日軍包圍。
日軍不斷派人誘降饒國華。饒國華絲毫不為所動，對僅有的官兵說道：我們要牢記當時的誓言，絕不能在敵人麵前屈膝示弱，給中國人丟臉呀！
12月1日淩晨2時許，在郎溪縣十字鋪據點，饒國華舉槍自盡，實踐了自己當初的誓言。
1938年3月，山東滕縣，川軍師長王銘章率領的川軍第122師在這裏阻擊日軍的大部隊。同樣是裝備上的巨大落差，同樣是川軍將士的死戰不退，而且在這個時候第122師已是孤軍作戰，支援部隊因為種種原因無法到達。麵對這樣的情況，王銘章隻是告訴部屬“犧牲原為軍人天職，現在唯有犧牲一切來完成任務”。第122師用血肉之軀守住了滕縣整整4天，為國軍部署台兒莊戰役贏得了寶貴的時間。李宗仁事後感慨：“若無滕縣之死守，焉有台兒莊之大捷”。滕縣戰役非常慘烈，除少數幾個人突圍逃出以外，包括師長王銘章在內的第122師的大多數官兵，全部犧牲在了滕縣。李家鈺、王銘章他們都是犧牲在抗戰的戰場上，而川軍的領袖劉湘，卻因為疾病原因，在川軍出川後不久就病死在了後方醫院中。當時的中共領導人聞知他的死訊，異常惋惜，毛澤東發出了“國家失一棟梁，川軍失一主帥”的唁電。從劉湘、李家鈺、王銘章到普普通通的川軍士兵，他們為了民族大義決心離開故鄉，也用自己的行動實踐著他們“國家興亡、匹夫有責”的誓言。