楊森原先也是打內戰的「好手」。但在出川前，他曾對著將士說：「我們過去打內戰，對不起國家民族，是極其恥辱的。今天的抗日戰爭是保土衛國，流血犧牲，這是我們軍人應盡的天職，我們川軍決不能辜負父老鄉親的期望，要灑盡熱血，為國爭光。」二十軍沒有辱沒使命。
川軍在山西：台兒莊戰役
另一支奉命進入山西的川軍，命運更坎坷了。進入山西的，是川軍將領鄧錫侯麾下的第二十二集團軍。出發前，川軍部分旅長和團長，以為會得到中央給的補給，士兵們穿著單衣、帶著簡陋的武器就出川了。但到了西安後，西安綏靖公署主任蔣鼎文拒絕補充物資，讓他們找「山西王」閻錫山。精明的閻錫山推諉：山西方面的一切武器彈藥和軍需物資，早已運過黃河儲存於潼關附近，沒辦法補充。結果第二十二集團軍的四十一軍整整一個軍，僅得到了閻錫山給的山西造輕機槍20挺。
在缺衣少槍的情況下，部分四十一軍的士兵砸開了閻錫山的軍火庫，自己補充軍火。這下惹惱了閻錫山，要求將川軍趕出自己所轄的戰區，因為他們「成事不足，敗事有餘」。蔣介石隨即讓第一戰區的司令長官程潛接收，結果程潛也堅持不要。
滿腔熱血出川的川軍，遭遇了一個尷尬局面：各個戰區都不願意接納裝備低劣的他們。這時候，第五戰區司令長官李宗仁站出來表態：來，到我這裡來！諸葛亮紮個稻草人都能嚇退敵兵，川軍比稻草人肯定要強吧？
1938年一月，川軍第二十二集團軍進入第五戰區，開始加入徐州會戰。在這場慘烈的會戰中，全國都知道了川軍第四十一軍一二二師，因為他們死守了滕縣城三天，是後來中國軍隊獲得台兒莊大捷的關鍵前提。
當時負責進攻徐州的日軍板垣、磯谷兩師團是日軍中最頑強的部隊，之前發動「二二六」政變的日本少壯派，幾乎全在這兩個師團之內。在滕縣，日本最強的部隊和中國最爛的部隊不期而遇。一二二師師長王銘章，四川新都人，在那場著名的「滕縣保衛戰」中，他身先士卒，在知道援軍抵達無望之後，發出電報「決以死拼，以報國家」，一直堅守到城破的最後一刻。
根據李宗仁後來的回憶和著名記者范長江的記錄，王銘章在城破之時，坐鎮城中心的十字街道繼續指揮巷戰，最後身中數彈而亡。同時殉難的還有師參謀長趙渭濱及川軍一二四師（當時在城外血戰）參謀長鄒紹孟等人。
王銘章犧牲後，守城的川軍繼續戰鬥，除少數突圍外，全師五千人盡數殉城（有不同說法，說沒有那麼多）。最後不願意投降的數百川軍，拉響手榴彈，與日軍同歸於盡。李宗仁後來留下評語：「若無滕縣之苦守，焉有台兒莊大捷？台兒莊之戰果，實滕縣先烈所造成也！」
