1938年3月15日,他奉命率部参加鲁南台儿庄会战,担负阻击北面之敌的任务。作战中,他机智灵活、巧妙运用战略战术,取得了火攻陶墩、计取朱庄、激战郭里集等战果,并与兄弟部队合围,迫使台儿庄之敌后撤。同年夏天,他又率部投入保卫武汉的外围战,痛击从九江进犯的日军第九师团,使日军损失惨重。
1939年11月,时任第五军第二〇〇师师长的戴安澜,挥师挺进桂南参加了昆仑关大战,三失三克昆仑关,击毙了日军前线指挥官第五师团第二旅团长中村正雄少将。“铁汉”威名远播四方。
1942年3月,应英美等盟军要求,中国政府组建远征军赴缅甸远征作战,戴安澜将军率部先期入缅作战。在孤军深入作战的情况下,他誓与日军死战到底。他在给妻子王荷馨的遗书中写道:“现在孤军奋斗,决以全部牺牲,以报国家养育!为国战死,事极光荣!”
从3月18日至29日,在没有空军协同作战的情况下,戴安澜将军指挥二〇〇师坚守东瓜,同四倍于己、配备有步兵特种兵和空军的日军苦战12天,完全是以步兵对抗日军的立体进攻,掩护了英军的安全撤退,并歼敌5000余人。对此,蒋介石曾电赞:中国军队的“黄埔精神”战胜了日本军队的“武士道精神”。
1942年5月18日,戴安澜将军率二〇〇师在撤退中第五次与日军遭遇,他亲临第一线指挥,身受重伤,于5月26日在缅甸茅邦村壮烈殉国,年仅38岁。“铁汉精神”感召日月。戴安澜将军殉国后,当时缅甸境内无木棺,只能马革裹尸以还。
1942年6月7日,戴将军遗骸经云南腾冲回国,一位70岁的老华侨被戴师长的精神感动,献出自己的楠木棺材,将戴师长的遗骸置于棺内。
当时,昆明、广西、贵阳等地纷纷举行追悼大会,隆重哀悼这位民族抗日英雄,国共两党领导人都撰写挽联、挽诗、挽词。美国国会授权罗斯福总统颁发第二次世界大战中外同盟军将领之杰出勋章懋绩勋章(又称军团功勋勋章)给戴安澜将军,他是第一个获此殊荣的中国军人。