广州一失，粤汉铁路被切断，防守武汉的意义就不大了。于是蒋介石吸取南京保卫战的教训，决定主动放弃武汉。10月25日，日军占领汉口，次日占领武昌，27日占领汉阳，武汉保卫战至此结束。
虽然最后日本还是占领了武汉三镇，但武汉会战这场抗战史上中日双方规模最大的会战的意义还是不同凡响。
徐州会战后，毛泽东发表了《论持久战》一文，在批驳速胜论和亡国论两种错误观点的基础上，全面分析了抗日战争的性质和中日双方的基本特点，揭示了抗日战争的基本规律和光明前景。毛泽东说，中日双方存在四个相互矛盾的基本特点：敌强我弱，敌退步我进步，敌小我大，敌寡助我多助。这些特点决定抗日战争是持久战，最后胜利属于中国。从这些基本特点出发，毛泽东预见抗日战争的进程将分为三个阶段：战略防御阶段、战略相持阶段和战略反攻阶段。
随着广州、武汉的陷落，在经历了1937年7月到1938年7月一年的溃败后，中国军队用牺牲和胜利换来了战略相持阶段。中国抗日战争走向相持阶段，是中国人民和广大爱国将士在第一个阶段战略防御中取得重大胜利的结果，对日寇来说是一次严重的失败。