军事委员会的权力得到了空前的加强。1937年9月，国民党中央常委会通过决议，决定“由军事委员会委员长行使陆海空军最高指挥权，并授权委员长对于党政统一指挥”。这样，军事委员会便成了战时军政的最高指挥机关，其组织大加扩充，分设6个部：第一部主管作战，第二部主管政略，第三部主管国防工业，第四部主管国防经济，第五部主管国际宣传，第六部主管民众训练。此外，还有后方勤务部、管理部、卫生部、国家总动员设计委员会等机构。10月，又增设军法执行总监部、农产调整委员会、工矿调整委员会、贸易调整委员会及水陆运输办事处，若干原属政府行政部门的职权都转移到了军事委员会，军委会由一纯粹的军事机关扩展成军政一体的机关。
11月，根据国防最高会议常务委员会第31次会议及国民党中央常委会第59次会议的决议，军事委员会的机构又进行了一次重大调整：国民党中央组织部、训练部、宣传部也改隶属军事委员会；第五部事务由中央宣传部办理；中央组织部和训练部则与第六部合并；第二部取消，其与总动员相关的职能由国家总动员设计委员会担负。此外还规定，政府各机关中与军事委员会有关系者，如军政部、海军部、外交部、财政部等机构应在军事委员会所在地。至此，国民党中央党部系统也纳入军委会体制之中，在体制上实现了由军委会对党、政、军的统一指挥。军委会起到战时内阁的某种作用。