1937年，日本帝国主义发动了对中国的全面侵略战争，司徒非闻讯义愤填膺，再三请求随军参战。

不久，担任第66军第160师少将参谋长的司徒非随部开赴淞沪抗日战场，参加了上海浏行镇阻击战斗。

在日军陆、海、空猛烈火力的轰击下，守军拼死抵抗，以血肉之躯捍卫国土。

日军侵占淞沪后，继向南京进犯。160师于11月底退到南京郊外，奉命驻守汤山、青龙山一带阵地。

司徒非奉令率部参加南京保卫战，并和其他参战部队一同在唐生智将军的指挥下与日军作战。

此时，南京三面受敌，已处危境，中国抗日将士又刚从淞沪战场退出，未加整补即投入战斗，形势万分危急。

司徒非丝毫不敢怠慢，立即投入了南京保卫战。他日夜巡视前线，指导官兵加修工事掩体，鼓励他们保卫首都而奋勇杀敌，并详细了解本部通讯联络保障、各部接合部处置等问题，做好与日军决一死战的准备。

12月初，日军数十万部队在飞机、坦克及地面炮火的掩护下，开始向南京发起疯狂的进攻。

第160师奉命担任南京城东南句容一线的守备任务，与日军展开了拼死搏斗。

司徒非亲临前线，指挥部队用简陋的武器击退了日军的一次次进攻，但终因敌我双方兵力、火力相差悬殊，守军将士伤亡惨重。