10月7日，**调整兵力，发起全线总攻。74军作为主攻部队奉命攻击日军在万家岭地区的核心阵地张古山，第51师多次猛攻均未得手，后305团团长张灵甫献计从山后偷袭，并亲率突击队从山后偏僻小道袭占张古山。74军攻占张古山，为突破日军106师团防线立下头功。10月9日，薛岳令各部组织敢死队作最后决死攻击，经过激战**攻占万家岭、雷鸣鼓两处要地，当晚**第4军的突击部队一度曾进至106师团指挥部仅百米处，淞浦组织师团指挥部所有人员准备迎战，连自己都拿起了枪。由于第4军没有确切情报，又是夜间，才没有发现日军，使淞浦得以侥幸逃脱。此役**一举收复九江以南失地，日军第106师团几乎被全歼，死伤逾万，连师团长淞浦中将都险些被俘，战果之辉煌足以与平型关和台儿庄媲美。万家岭之战既无平型关八路军奇袭之利，又无昆仑关**火力之优，全靠将士浴血苦战，战役中74军守得住攻得上，居功至伟。战役开始前，蒋介石曾两次电令将74军调至后方休整，都被薛岳拒绝，而74军的表现确实没让薛岳失望。战后著名作家田汉和任光曾以此战和张灵甫为原型编写了话剧和74军军歌。
军歌歌词如下：
起来，弟兄们，是时候了。我们向日本强盗反攻。他，强占我们国土，残杀妇女儿童。我们保卫过京沪，大战过开封，南浔线，显精忠，张古山，血染红。我们是人民的武力，抗日的先锋。人民的武力，抗日的先锋！
1939年6月俞济时升任第10集团军副司令兼86军军长，51师师长王耀武升任军长，74军下辖51师（李天霞）、57师（余程万）和58师（廖龄奇）。
王耀武，1903年出生，原字佐才后改字佐民，山东泰安人，黄埔3期，历任排长、连长、营长、团长，在第四次围剿战中率部孤军死守宜黄24天，受到蒋介石的接见，并升任第1补充旅旅长，1934年11月率部与红军北上抗日先遣队激战，将其主力击溃，红19师师长寻淮洲阵亡，红21师师长胡天陶被俘。后任51师师长，在淞沪战役中因指挥果敢得当而深受好评。
1941年3月，74军参加上高会战，上高位于江西锦江上游，俯瞰赣东平原。日军占领上高，既可相机拊长沙之背，又可得到进攻赣南的前进基地。日军采取分进合击战术，兵分三路，企图合围**主力于高安、上高地区。但南北两路进攻均被击退，中路日军孤军深入，又遭到74军坚强抵抗，3月22日日军集中万余兵力在数十架飞机掩护下猛攻74军云头山、白茅山阵地，74军与日军反复争夺，先后7次与日军白刃肉搏，为友军赢得了集结的宝贵时间。因此中路日军不得不于3月24日黄昏在北路第215联队掩护下开始突围，但25日夜又被**将突围与增援之敌再次包围，终将其大部歼灭。在全线出击中74军又作为先锋，乘胜追击，收复官桥，击毙日军第34师团长岩永少将。整个上高会战，日军第33师团遭到重创，第34师团及独立第20混成旅团伤亡更是高达70%以上，共毙伤日军1.5万，被何应钦誉为“开战以来最精彩之作战”。
此役74军被第19集团军司令罗卓英评价为“战斗力量坚强”！74军在战役中“拼死力拒，虽血肉横飞、伤亡惨重，仍不稍退，是日一日间敌我伤亡均在四千以上”，战功显赫，荣获国民政府第一号武功状和最高荣誉“飞虎旗”，被誉为抗日铁军。74军军长王耀武和第153旅旅长张灵甫旅表现优异，受到表彰。
上高会战之后，74军作为首批四个军之一换装苏式装备，得到115毫米榴弹炮4门，76毫米野炮8门，37毫米反坦克炮4门，7.62毫米m1910水冷式马克西姆（即“俄国版的马克沁”）重机枪25挺，7.62毫米m1910马克西姆托加莱和m1928德克恰廖夫（简称为dp型，即常见的转盘机枪）轻机枪70挺。
