第十五集团军1937年8月中旬奉令组建，首任集团军总司令为陈诚、副总司令为罗卓英，下辖罗卓英的第十八军、刘和鼎的第三十九军和俞济时的第七十四军，属第三战区指挥管辖，是参加淞沪会战中**队的主力作战兵团之一，担任左翼战线作战任务，曾在罗店地区顽强抗击日军，胡宗南的第一军和霍揆彰的第五十四军也加入过该集团军的战斗序列。担任宝山县城防守任务的第五十四军第九十八师第二九二旅第五八三团姚子青营在与日军的激战中全营阵亡。第十八军第六十七师第一一○旅旅长蔡炳炎、第九十师第二○七旅旅长宫惠民均在淞沪战场阵亡殉国。1937年10月，罗卓英继任第十五集团军总司令，仍属第三战区指挥管辖，下辖吴奇伟的第四军、罗卓英的第十八军、夏楚中的第七十九军、万耀煌的第二十五军和王东原的第七十三军。1938年夏，陈诚就任第九战区司令长官，其基本部队第十八军随其调至第九战区，第四军、第二十五军也分别调入第九战区其他集团军战斗序列，参加武汉会战，第十五集团军番号撤销。1939年后，第十五集团军番号在第九战区恢复，关麟徵任集团军总司令，下辖其基本部队张耀明的第五十二军、陈沛的第三十七军和夏楚中的第七十九军，曾参加第一次长沙会战。后关麟徵率第五十二军组建第九集团军，第十五集团军番号撤销。1941年春，第十五集团军番号在第一战区恢复使用，集团军总司令为何柱国，副总司令为李仙洲，下辖李仙洲的第九十二军和廖运泽的骑二军。该集团军曾参加中原会战，其骑二军骑八师副师长卢广伟在阜阳战斗中阵亡殉国。1945年初，第十五集团军划归第十战区指挥管辖，何柱国任第十战区副司令长官兼第十五集团军总司令，集团军副总司令为陈又新、徐梁，下辖骑二军和周毓英的第五十一军。
第十六集团军1939年2月奉令组建，首任集团军总司令为夏威、副总司令为蔡廷锴，下辖夏威兼任军长的第四十六军和邓龙光的第六十四军，属第四战区指挥管辖，驻防两广地区。11月，第六十四军调归第二十五集团军，韦云淞的第三十一军加入该集团军的战斗序列。1939年底，该集团军参加桂南会战诸战役。1942年后，韦云淞任第十六集团军总司令，该集团军仍指挥贺维珍的第三十一军和周祖晃的第四十六军两支桂系军队。1944年夏中央军嫡系陈牧农的第九十三军加入该集团军的战斗序列。1944年9月至12月的桂柳会战中，该集团军作为第四战区主力部队参加对日作战，在坚守桂林的战斗中，该集团军第三十一军参谋长吕旃蒙、桂林城防司令部参谋长陈济垣、第一三一师师长阚维雍、第一七○师副师长胡厚基均阵亡殉国。1945年4月，该集团军第四十六军奉令加入中国陆军总司令部直辖的，用于担任战略反攻任务的四个方面军中的第二方面军，第九十三军番号给予在云南的第一集团军后则编入第一方面军。第十六集团军番号撤销。
第十七集团军1937年8月中旬，由驻扎在宁夏、青海地区的中**队奉令编组而成，集团军总司令为马鸿逵，下辖马鸿逵兼任师长的第一六八师、马步芳的第一○○师和马步青的骑兵第五师，驻防宁夏、青海地区。1938年起，该集团军指挥管辖马鸿宾的第八十一军、孔令恂的第八十军、马步芳的第八十二军和马步青的骑兵第五军，属第八战区指挥管辖。1938年底，马步芳奉令率第八十二军和骑兵第五军准备另行组建第四十集团军，脱离第十七集团军战斗序列，第八十军也奉令他调，故自1939年4月起，第十七集团军总司令马鸿逵只指挥管辖其兼任军长的第十一军和马鸿宾的第八十一军，受驻陕坝的第八战区副司令长官傅作义的指挥管辖，驻防宁夏及绥远西部，第八十一军马腾蛟的第三十五师曾参加绥西抗战，并在包头以南黄河一线担任河防任务。
