抗日战争时期是世界反法西斯战争的重要组成部分，中国抗日战场是同盟国在亚洲地面作战的主要战场，中国抗日军队在八年对日作战中，歼灭、消耗及牵制了日本法西斯的绝大部分陆军，为第二次世界大战及反法西斯战争的最后胜利作出了巨大的贡献。在整个抗日战争中，中国陆军先后编成40个番号的集团军参加对日作战。

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，下辖罗卓英的国民革命军第十八军、刘和鼎的国民革命军第39军和俞济时的国民革命军第七十四军，属抗日战争第三战区指挥管辖，是参加淞沪会战中国军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，胡宗南的国民革命军第一军和霍揆彰的国民革命军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，下辖吴奇伟的国民革命军第四军、罗卓英的国民革命军第十八军、夏楚中的国民革命军第79军、万耀煌的国民革命军第25军和王东原的国民革命军第七十三军。

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，关麟征任集团军总司令，下辖其基本部队张耀明的国民革命军第五十二军、陈沛的国民革命军第37军和夏楚中的第七十九军，曾参加第一次长沙会战。后关麟征率第五十二军组建国民革命军第九集团军，第十五集团军番号撤销。

1941年春，第十五集团军番号在抗日战争第一战区恢复使用，集团军总司令为何柱国，副总司令为李仙洲，下辖李仙洲的国民革命军第92军和廖运泽的国民革命军骑兵第二军。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国民革命军第51军。