抗战的爆发，使新桂系重新归属到蒋介石麾下，白崇禧也被调到中央效力，先后出任大本营副参谋总长和军训部部长等要职。八年抗战，白指挥过两次较大的作战，一次是代理第五战区司令长官，调动大别山地区的桂军积极出击，策应武汉守军。另一次是指挥桂南会战，昆仑关的大捷，白也起到不小的作用。

　　但是这两次会战，都以失败告终，尤其是桂南会战的失利，白负有不可推卸的责任。战后，他受到了降级处分。有人说台儿庄大捷白崇禧也有出力，这或许确有其事，但需要指出的是，台儿庄战役只是徐州会战的一个组成部分，而徐州会战的结果，同样是失败了。

　　桂军参加抗战之后，白崇禧主张对怯战分子予以严惩，尤其是对一批作战不力或临阵脱逃的军、师、旅、团长或撤职或枪决，这在很大程度上为桂军的积极抗战树立了正面形象。然而到了抗战后期，白崇禧也显露出他私心的一面。

　　比如在1944年的桂柳会战中，他将本应承担防守桂林的几个与他有亲信关系的师、团长调走，并抽出了精锐部队以保存元气，反调一个新兵师来承担守城任务，这在很大程度上打击了士气。抗战胜利之际，白崇禧甚至还违背蒋介石不让桂军进入南京受降的命令，暗中指示所属第七军一个师进城受降，给了蒋记中央一个难堪。