1937年12月13日,日军占领南京,随之而来的是30万中国同胞惨遭杀害的灾难,武藤章是制造这场灾难的罪魁祸首之一。关东军侵略东北期间,为了达到分裂中国并侵占绥远的目的,策划了德王成立伪"蒙军政府"事件,但因中国军队傅作义部发动绥远抗战,德王失败。武藤章参与了绥远事件的全部过程,并出面善后,指挥德王后撤以保存实力。1937年,武藤章调任关东军参谋部第三课课长,负责制定作战计划、建立兵站、组织兵员等。
武藤章是"扩大派"主要成员,坚决主张立即扩大侵华战争,不仅向华北,同时向青岛和上海出兵。最后,武藤章等人的意见占了上风,日本的侵略战火很快在中国大地蔓延。武藤章也因提出扩大侵华战争计划,得到参谋本部的赏识,破例让其赴皇宫晋谒天皇。
武藤章不仅提出扩大侵华战争的主张,而且身体力行,成为扩大侵华战争的先锋。"八·一三"事变后日军进攻上海,但遭到了中国军队的顽强抵抗,并未达到速战速决的目标。于是,武藤章又提出派兵在杭州湾登陆的建议。他的建议得到采纳后,日军攻占上海的计划得逞。因献策有功,他被任命为华中方面军副参谋长。武藤章就任新职后,又提出立即进攻南京的建议。1937年12月1日,日本大本营采纳了他的建议后下达进攻南京的命令。