武漢會戰曆時4個半月，以中國軍隊主動撤出武漢而宣告結束。就戰役而言，日軍占領了武漢三鎮，并控制了中國的腹心地區，取得了勝利。但就戰略而言，則日本并未能實現其戰略企圖。日本大本營認爲“隻要攻占漢口、廣州，就能支配中國”，于是日本禦前會議決定發動武漢會戰，迅速攻占武漢，以迫使中國政府屈服。爲此還規定“集中國家力量，以在本年内達到戰争目的”、“結束對中國的戰争”。但是，中國政府既未因武漢、廣州的失守而屈服，日本的侵華戰争也未因日軍占領武漢、廣州而結束。中國政府在武漢失守後聲明說：“一時之進退變化，絕不能動搖我國抗戰之決心”，“任何城市之得失，絕不能影響于抗戰之全局”；表示将“更哀戚、更堅忍、更踏實、更刻苦、更猛勇奮進”，戮力于全面、持久的抗戰。而在日軍已經占領的後方，大批的抗日人民武裝成長起來，大片的國土又被收複。用日軍自己的話說，日軍占領的“所謂治安恢複地區，實際上僅限于主要交通線兩側數公裏地區之内”。因而可以這樣說：武漢會戰，不僅使日軍又遭到一次戰略性的失敗，而且成爲日本由戰略進攻走向戰略保守的轉折點。這主要表現在以下兩個方面
一、“速戰速決”的戰略方針被徹底粉碎
由于中國軍隊的堅強抗擊，日本動用了當時能夠集結的最大兵力(用于進攻的編制人員約25萬人，會戰期間曾補充四五次人員，投入的總兵力當在30萬人左右)，發揮了陸、海、空裝備上的絕對優勢，苦戰4個半月，不但沒有殲滅中國軍隊的主力部隊，沒有使中國軍隊的抗戰意志和戰鬥力有所減退，反而使日軍的有生力量遭到了嚴重的打擊。據日軍發表的統計資料，第11軍傷亡21886人，第2軍傷亡9600人，連同海軍及陸海航空兵的傷亡人數，總計約3．55萬人。國民政府軍事委員會軍令部根據各部隊戰鬥詳報統計的日軍傷亡人數爲25．6萬人。很顯然，日本發表的數字偏低，而軍令部發表的數字則偏高。武漢會戰以後，本來就感兵力不足的日軍，随着戰線的延長，兵力益發感到不足，無力再組織像淞滬、徐州和武漢會戰這樣大規模的、以攻城略地爲目标的戰略進攻，而被迫轉爲戰略保守。這就使中國的抗戰由戰略防禦階段發展爲戰略相持階段，日本侵略軍則陷入了它自身所最不願意進行的持久戰的泥淖之中，無法自拔，從而導緻日本侵華政策的轉變：由軍事打擊爲主、政治誘降爲輔，改爲以政治誘降爲主、軍事打擊爲輔；由以主要兵力進行正面戰場的作戰，改爲轉移兵力進行敵後戰場的“治安”作戰。
二、日本國力損耗過巨急劇表面化
日本是一個島國，戰略物資缺乏，主要依賴輸入，而當時日本的經濟實力并不很強。據日軍戰史記載，“七七”事變時日本“儲備的黃金，包括發行紙币的準備金，全部隻不過十三億五千萬日元”；“而對日來說，對戰争規模起着制約作用的，實際上還是它的黃金儲備量。它意味着日本的正币儲備量從最初就限定了這場戰争。日本發動了戰争，卻又千方百計地“謀求早期解決”，爲了維持侵華戰争，“昭和十二年(1937年)從海外輸入的軍需物資總額達到九億六千萬日元”。到翌年的6月，爲了進行武漢會戰，“連學校教練用的步槍都被收回”，用于裝備擴建的軍隊。更由于兵員的不斷增加，國内勞力、糧食、能源均感不足。武漢會戰結束後的1939年，日本軍費的支出已達61.56億日元，已遠遠超出了日本國家的儲備量，從而使“日本國力窮困急劇表面化”，已經失去了充分保障軍隊軍事物資供應的能力，從而“加重了中央統帥部首腦的痛苦和壓力”，以緻其參謀總長和陸相自稱：“外強中幹是我國今日的寫照，時間一長就維持不住了”。大緻在武漢會戰之後，日軍的編制、裝備和部隊戰鬥力，總的來看比會戰前有所下降。這也是日本不得不改變其政治和軍事戰略，企圖“以華制華”、’以戰養戰”的重要原因。
武漢會戰中中國廣大官兵總體上是英勇頑強的，曾大量殺傷日軍，并給日軍以重大打擊。但由于最高決策者及有些高級将領作戰指導上欠妥，以緻在消耗敵人的同時過多地消耗了自己(陣亡将士人數，軍事委員會統計爲254628人，加上負傷超過40萬)，主要原因是戰役上單純地進行陣地防禦，與日軍拼消耗。
中國幅員廣大，日軍可以回避我們的陣地設施，而日軍的慣用戰法就是迂回包圍，即使從陣地防禦的角度來看，在作戰指導上也有不足與失誤：兵力分散，以連綿不斷的一線式陣地進行防禦戰鬥，而且逐次使用兵力，缺乏有力的戰略預備兵團；會戰過程中，經常處于被動地位，處處追随在敵人行動之後，不少措施類似“挖肉補瘡”；在指揮體系上，受人事關系影響過大，許多兵力調配不是以作戰需要爲依據，而是按派系及資曆任官，職務與所屬兵力不适應，造成“屋下架屋，床上疊床”的弊病；命令、報告的轉達，自軍事委員會至基本戰略單位的師，要經過戰區、兵團、集團軍、軍團、軍5個層次才能到達，難免贻誤戰機。
當時任第九戰區司令長官的陳誠，在其《私人回憶資料》中所寫《武漢會戰之教訓》比較符合實際。他認爲：“(1)指導計劃固應按各時期情況适宜變更，但如變更頻繁，有使作戰軍不能追随之苦。此次會戰中之最高指導即有此弊。(2)指導計劃須顧慮部隊現狀及實力，尤其在持久戰之基本原則上，其始終目的何在，似應預先計及，否則處處追随敵人，對作戰試探性之處置，必難貫徹始終。例如此次武漢撤退時機，原來決定在8月底，後改爲9月18日，又改爲9月底、雙十節。直至10月20日，領袖尚在武漢。于是轉戰數月之殘破部隊不能不在金牛、保安線上竭力苦撐，以緻以後轉移未能按照計劃實施，陷于潰退。(3)無訓練部隊絕對不能作戰。如此次王陵基部見敵即潰，緻影響全局戰鬥之處，實不勝舉。(4)對裝備優良之敵，以誘至山地決戰有利。因一到山地，則敵之優點即難發揮，結果與我相等，而我再以旺盛的精神臨之，必易成功。如萬家嶺之役是也。”
戰後損失統計
由于中國軍隊的堅強抗擊，日本動用了當時能夠集結的最大兵力(用于進攻的編制人員約25萬人，會戰期間曾補充四五次人員，投入的總兵力當在30萬人左右)，發揮了陸、海、空裝備上的絕對優勢，苦戰4個半月，不但沒有殲滅中國軍隊的主力部隊，沒有使中國軍隊的抗戰意志和戰鬥力有所減退，反而使日軍的有生力量遭到了嚴重的打擊。據日軍發表的統計資料，第11軍傷亡21886人，第2軍傷亡9600人，連同海軍及陸海航空兵的傷亡人數，總計約3．55萬人。國民政府軍事委員會軍令部根據各部隊戰鬥詳報統計的日軍傷亡人數爲25．6萬人。很顯然，日本發表的數字偏低，而軍令部發表的數字則偏高。武漢會戰以後，本來就感兵力不足的日軍，随着戰線的延長，兵力益發感到不足，無力再組織像淞滬、徐州和武漢會戰這樣大規模的、以攻城略地爲目标的戰略進攻，而被迫轉爲戰略保守。這就使中國的抗戰由戰略防禦階段發展爲戰略相持階段，日本侵略軍則陷入了它自身所最不願意進行的持久戰的泥淖之中，無法自拔，從而導緻日本侵華政策的轉變：由軍事打擊爲主、政治誘降爲輔，改爲以政治誘降爲主、軍事打擊爲輔；由以主要兵力進行正面戰場的作戰，改爲轉移兵力進行敵後戰場的“治安”作戰。
武漢會戰中中國廣大官兵總體上是英勇頑強的，曾大量殺傷日軍，并給日軍以重大打擊。但由于最高決策者及有些高級将領作戰指導上欠妥，以緻在消耗敵人的同時過多地消耗了自己(陣亡将士人數，軍事委員會統計爲254628人，加上負傷超過40萬)，主要原因是戰役上單純地進行陣地防禦，與日軍拼消耗。
武漢會戰期間，中國空軍和海軍也積極參與了作戰。在蘇聯航空志願大隊的配合下，中國空軍鏖戰長空，與日軍航空兵空中大戰7次，擊毀日機78架，炸沉日艦23艘，有力地支援了地面部隊的作戰。中國海軍也英勇作戰，擊沉、擊傷日軍艦艇及運輸船隻共50餘艘，擊落日機10餘架，但自身也損失慘重，基本上全軍覆沒。