七七事變後，53軍歸屬第一戰區，1938年初撤至山西晉城一帶，暫歸朱德指揮，後來奉命東渡黃河進至河南，參加了武漢會戰、南昌會戰和第一次長沙會戰，承受了重大犧牲。1943年，被編入中國遠征軍第20集團軍，參與滇西反攻。
1944年5月，53軍渡過怒江，攻擊日軍據險而守的高黎貢山南齋公房陣地，116師以一個團的兵力正面佯攻，主力翻越險峻的山路迂迴敵後，日軍大驚，逃竄至江苴街，此地旋即又被53軍130師攻克，進抵騰衝城下，並一舉攻下了城外的高地來鳳山。
騰衝地形
9月初，53軍向騰衝東半城發起攻擊，採用步、炮、工兵聯合的戰法，炸塌了數處城垣，將日軍壓縮於城內。逐屋爭奪的巷戰十分慘烈，日軍作困獸之鬥，但最終被聚殲於東城門樓，“日軍混合旅團全部被我殲滅。旅團長藏仲（重）康美亦被擊斃在東城門樓附近……敵遺屍遍地,臭味遠達數里。
東北軍在這個遠離家鄉的國土上，灑下了自己的鮮血！
由於在滇西反擊中立下的戰功，53軍得到了進入越南，在河內受降的榮譽。1946年3月，法軍在海防登陸，欲重佔越南，在53軍130師的反擊下狼狽逃竄。
在新中國開國將領中，出身東北軍的將領有25名——
呂正操
上將1人：呂正操（畢業於東北講武堂，曾任張學良副官，抗戰中投奔八路軍）
中將1人：萬毅（東北講武堂畢業，東北軍111師代師長，後為八路軍濱海支隊支隊長，解放軍42軍軍長，炮兵第一副司令員）
承載了東北軍歷史的人物
少將23人：解方、陳銳霆、賈陶、沙克、封永順、趙東寰、於權伸、趙承金、高存信、李覺、徐明、宋學飛、金振鍾、張志毅、楊有山、張加洛、羅文、紀亭榭、管松濤、郭維城、王振乾、江潮、張學思。
東北軍這支充滿了曲折和悲愴的軍隊，誕生於清末的亂世，帶有幾分綠林氣，有著東北人特有的豪爽，在國家孱弱，又要抗日之際的困局中背上了不抵抗的罵名。為了洗刷恥辱，二十萬東北軍轉戰中華大地，從河北打到西南，死傷殆盡，終於贏來了抗戰勝利——他們沒有放棄抵抗，這群東北漢子戰鬥了十四年，幾乎流盡了最後一滴血。
心存家國恨，夢繞白山巔，
何日驅強虜，太平不羨仙。
——李杜
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