张灵甫的转机在于七七事变的爆发。国民政府下命令所有服刑官兵除政治犯外一律调服军役，戴罪立功，并保留原先军衔。再度出山的张灵甫受到从前上司，此时的五十一师师长的王耀武的知遇之恩。为了表示自己改过自新的决心，他正式更名“张钟麟”为“张灵甫”。

　　整个抗战期间，张灵甫在王耀武的麾下对日寇南征北战，经历硬仗、恶仗无数，书下了自己人生中最为风光的一页。1937年，五十一师开赴上海，参加着名的“八一三”淞沪保卫战。张灵甫来到一五三旅三〇五团走马上任，并在上海保卫战中，以勇猛果断，指挥有方赢得全团官兵的爱戴。嘉定作战的时候，面对武器装备远远优于国军的日寇蜂拥冲锋，杀红眼的张灵甫甩掉上身军服，抱着机枪跳出战壕，身先士卒带领100多名敢死队员迎头痛击，杀得日寇丢盔卸甲，抱头鼠窜。后他率领该团又连续打退敌人七次冲锋，打死打伤日寇800多人。

　　1937年12月5日，张灵甫率305团在淳化镇附近构建新阵地，阻击日军掩护王耀武51师退入南京，双方展开肉搏战，张灵甫的左臂中弹负伤不下火线，团长负伤不退裹伤犹战，榜样在前，官兵们无不感奋力拼，在张灵甫的带头冲杀下，305团终于在夜战中拼死夺回了河定桥阵地，以团长负伤、连长伤亡五人、排长以下伤亡六百余人的代价，把日军堵在南京东南郊的大门之外！此后张灵甫转战上坊镇和华严寺，将近五天的奔波激战，全团十二名连长五人伤亡，官兵折损已近千人。张灵甫因伤势严重，渡江后不久暂别部队回到西安养伤。

　　1938年4月，51师在黄陂接受军委会校阅，获得军委会校阅官的优良考评，张灵甫305团的成绩在阅后评定中，名列全师第一。

　　1938年5月28日张灵甫率305团参加兰封会战之三义寨攻坚战，伤亡百余人。

　　1938年万家岭大战，已是51师153旅少将旅长的张灵甫奉王耀武之命，对驻守江西德安张古山的日寇进行反击。讨论作战方案的时候，众人认为张古山地势险要，易守难攻。张灵甫拍案而起，道：“各位都看过《三国演义》，魏国大将邓艾为攻取成都，出蜀将之不意，带精兵暗渡阴平，飞越摩天岭，一举攻克了江油、涪城和成都。我们也可仿此战例，大军从正面进攻的同时，再挑选一批精兵强将，从人迹罕至的张古山背面进行偷袭，以收两面夹攻之效。”于是，张灵甫亲率一支突击队效法邓艾轻装出发，攀木挂树，穿过艰险的深山峡谷，老林恶水，配合正面部队进攻，飞夺张古山。而后日寇不甘失败，出动飞机与重炮狂轰滥炸，几乎将张古山夷为平地。张灵甫率部浴血死战，与日寇鏖战五天五夜，阵地得而复失、失而复得，反复拉锯。亲临死线指挥的他身中7块弹片，鲜血直流也没有退下火线。张古山的攻取封死了日军106师团的最后退路，该师团最终几乎全军覆没。日本俘虏后来交代，当时只要国军再推进100米，106师团的师团长就只得剖腹了。这差点成为八年抗战中唯一一次全歼日军一个师团的战例。

　　得知德安大捷之后，田汉受时任国民党军事委员会政治部第三厅厅长郭沫若的委派，采访张灵甫等人，刊登《中央日报》，并编写的话剧《德安大捷》，张灵甫以真名真姓在剧中出现，从此名震天下。德安战役之后，张灵甫荣获四等云麾勋章、三等宝鼎勋章。1939年3月，张灵甫率部参加南昌会战，在一次战斗中，右腿被日军机枪的两颗子弹扫中，受了重伤。军医检查后说：“腿要锯掉!”张灵甫对随从副官说：“如果我昏迷了，你要阻止医生锯腿!”说完，他给了副官一把手枪，厉声说：“谁锯我的腿，你就枪毙谁!”结果右腿一直未治愈。由于腿伤迟迟不愈，蒋介石派飞机将他送往香港，请英国着名外科专家克雷斯特尔为他诊治。手术后不久，张灵甫在报上看到有战时军人不宜出国养病的新规定，不顾英国医生再治疗一月可以痊愈的劝阻，说军命不可违，军人死不足惜，何惜一足，伤未愈提前归队，灵甫从此留下残疾，走起路一跛一拐，人送外号“跛腿将军”。