После подписание договора вопросы, связанные с оказанием военной помощи Китаю, решались значительно быстрее. С правительством Китая была достигнута договоренность о посылке в Москву специальной военной делегации для ведения переговоров о закупках советского вооружения и военной техники. Уже 8 сентября 1937 года заместитель начальника Генерального штаба РККА комдив К. А. Мерецков, только недавно вернувшийся из Испании, встречал на Центральном аэродроме самолет, на котором в Москву прибыла китайская военная делегация во главе с генералом Ван Цзе.

На переговорах китайские представители просили предоставить Китаю новейшую военную технику, и в первую очередь танки, самолеты, зенитную и противотанковую артиллерию. Эта просьба была сразу же удовлетворена. Уже 11 сентября было решено предоставить Китаю 82 танка Т-26, 20 зенитных орудий, 50 противотанковых пушек и боеприпасы. Была удовлетворена и просьба китайской делегации о направлении в Китай советских инструкторов для эксплуатации советской боевой техники и обучения офицеров и солдат китайской армии. 16 сентября было принято специальное постановление о поставке военной техники Китаю, а на следующий день решение советского правительства было сообщено китайской делегации.

Весь комплекс мероприятий, связанных с оказанием военной помощи Китаю, был зафиксирован в специальных документах, подписанных представителями Советского Союза и Китая. В них определялось количество вооружения, сроки поставок, маршруты следования военных грузов. Было принято решение не упоминать в печати о военной помощи Китаю, о советских инструкторах и советниках в частях китайской армии.

К 1 октября 1937 года подготовка большой партии вооружения и боевой техники для отправления в Китай была закончена. Зафрахтовали два английских парохода, которые должны были принять в Одессе и Севастополе специальный груз и доставить его, избегая японского контроля, в Гонконг. В дальнейшем кроме Гонконга портами назначения военных поставок были избраны Хайфон во французском Индокитае и Рангун в Бирме. От их причалов советские грузы доставлялись в Китай или на автомашинах, или по железной дороге.

Путь до Китая был долгим. Английские пароходы прибыли в Одессу и Севастополь только в начале ноября. Затем последовал морской переход до Гонконга через Суэцкий канал и Индийский океан, движение грузов по слабо развитой транспортной сети в Южном Китае. И только в марте 1938 года в китайский город Сянтань вместе с инструкторами прибыли танки Т-26. Несколько месяцев ушло на подготовку китайских офицеров, обучение экипажей, формирование подразделений. В августе 1938 года первая в истории китайской армии 200-я механизированная дивизия, созданная на базе советской военной техники, была готова к боевым действиям.

По просьбе китайского правительства советские инструкторы, находившиеся в Китае, были использованы в качестве советников при танковых частях.

В декабре 1937 года представители Китая в Москве обратились к советскому правительству с новой просьбой о поставке военной техники для китайских войск, понесших большие потери за первые шесть месяцев войны. Речь шла о полном оснащении оружием 20 пехотных дивизий. Просьба китайского правительства была удовлетворена. На два английских парохода, зафрахтованных правительством Китая, в Севастополе погрузили 320 орудий, 900 пулеметов, винтовки, патроны, снаряды. В начале апреля 1938 года пароходы благополучно прибыли в Гонконг и встали под разгрузку.

В июле 1938 года было принято новое решение о продаже Китаю в счет предоставленных кредитов крупной партии вооружения, боеприпасов и военной техники. Это было связано с тем, что в первой половине 1938 года китайские войска понесли особенно большие потери. В Севастополе в трюмы английского парохода «Стэнхолл» было погружено 300 орудий, 2 тысячи пулеметов и другое вооружение. 23 ноября 1938 года пароход прибыл в столицу Бирмы Рангун, откуда грузы были переправлены в Китай. Оружие, поступившее из Советского Союза, позволило китайскому командованию вооружить войска Южного фронта, понесшего тяжелые потери в Уханьской оборонительной операции, и остановить продвижение японских войск.

В первой половине 1938 года Советский Союз предоставил Китаю кредиты на льготных условиях на сумму 100 млн долларов. В Китай были направлены 477 самолетов, 82 танка, 725 пушек и гаубиц, 3825 пулеметов, 700 автомашин, большое число боеприпасов. Всего с октября 1937 года по октябрь 1939 года СССР поставил Китайской Республике 985 самолетов, более 1300 артиллерийских орудий, свыше 14 000 пулеметов, а также боеприпасы, различное оборудование и снаряжение.

В 1938 году одновременно с поставками вооружения и боевой техники в Китай по просьбе китайского правительства была направлена группа советских военных советников. Решение об их отправке было принято 17 мая 1938 года. Для оказания помощи командному составу китайской армии в Китай направлялись 60 советских специалистов. Они помогали разрабатывать планы операций, налаживали управление войсками, консультировали китайских генералов и офицеров во время боевых действий. Плодотворно работали в Китае главные военные советники М. И. Дратвин, К. М. Качанов, А. И. Черепанов, В. И. Чуйков, старшие военные советники П. Ф. Батицкий, И. П. Алферов, А. Н. Боголюбов, советники по отдельным родам войск: авиации, танкам, артиллерии, инженерным войскам.

Советские военные советники пользовались в Китае большим авторитетом и влиянием. Первая их группа прибыла туда в конце мая 1938 года, а уже 13 сентября 1938 года китайский посол в Москве Ян Цзе с большой похвалой отозвался об их работе. Он сообщил, что советские советники распределены по военным округам и фронтам, пользуются у командования заслуженным авторитетом и «проявляют огромнейшее рвение в своей работе».

Немалое значение для хода японо-китайской войны в 1937–1939 годах имели поставки в Китай советской авиационной техники. В первых же боях после начала войны китайская армия потеряла около двух третей всех своих боевых самолетов, значительную часть летного состава. К октябрю 1937 года в строю китайских военно-воздушных сил осталось только 130 самолетов. Они не могли оказать сколько-нибудь серьезного сопротивления японской авиации, которая господствовала в небе Китая. Японские летчики безнаказанно, как на учениях, бомбили все без разбора, в том числе в районах, где не было ни войск, ни военных объектов. Под развалинами гибли мирные жители, старики, женщины, дети.

Поэтому уже 11 сентября 1937 года советское правительство приняло решение о поставке Китаю в счет кредитов 225 самолетов-истребителей И-15 и И-16, бомбардировщиков СБ, 6 тяжелых бомбардировщиков ТБ-3. Для эксплуатации этой боевой техники, а также для обучения солдат и офицеров китайской армии в Китай были отправлены 89 советских авиационных специалистов.

Так как своих опытных летных кадров китайская авиация уже почти не имела, китайская делегация обратилась к советскому правительству с просьбой направить в Китай советских летчиков-добровольцев. Эта просьба китайского правительства была также удовлетворена. Наркомат обороны получил указание укомплектовать лучшими летчиками-добровольцами эскадрилью бомбардировщиков СБ и эскадрилью истребителей И-16 и направить их в Китай.