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。