果然，11月下旬，罗斯福出于担心“蒋汪之间正在进行一些活动”，要求摩根索迅速供给中国一笔巨款。当月30日，在日本正式承认南京汪精卫政权的当天，罗斯福发表声明，宣布对华贷款1亿美元。这笔巨额贷款中一半是财政部的平准基金贷款，另一半是稍后才谈妥的进出口银行的金属借款。随后，罗斯福要求国务院、财政部及陆、海军各部门寻求可行途径向中国提供军事援助。在“围剿”中共新四军的事件发生后，美国的援助一度有所停顿，但当日苏可能签订中立条约的消息传出后，美国再次加快援华步伐。
鉴于日苏中立条约的签订对中国士气影响甚大，1941年4月17日，美国政府决定立即向中国提供4500万美元的军用物资，这是租借法案军事援华的开始。自此，美国对中国的援助逐步纳入了租借法案援助计划之内。5月6日，罗斯福正式发表军火租借法案适用于中国的声明，同时宣称：“保卫中国即是保卫美国的关键”。国民政府随即任命宋子文为代表，负责申请并接收租借法案下给予中国的美援物资事宜。按照蒋介石的指示，宋子文与美方交涉军事援华重点为三项：第一，由美国提供训练与技术援助，帮助中国建立现代化空军；第二，训练并装备中国陆军30个师；第三，帮助中国建设滇缅铁路和公路，并提供运输车辆等。7月，罗斯福派拉铁摩尔来华，出任中国政府政治顾问。8月，美国宣布以马格鲁德为驻华武官兼美国驻华军事代表团团长，其主要任务是负责租借物资援华。
太平洋战争爆发之后，中美立即结为同盟。美国突然卷入战争打乱了刚刚展开的援华计划。美国“先欧后亚”的战略和中国处于美国所有供应线中最细长的一条的末端，决定了美国没有能力向中国提供大量的现代化军事装备，中国战场注定只能依靠极其微薄的资源去对抗大量的敌人。
从1941年中至1944年中，物资匮乏和由此引起的分配问题使得中美合作关系相当紧张。几乎从一开始，美国陆军和财政部就要求对援华租借物资有严格的控制和监督。这不仅是为了减少损失、提高援助效果，还因为负责租借援华事务的马格鲁德报告说，中国要求更多的现代装备，不是出于对日作战的需要，而是要使中央政府在其他国家用外交压力把日本逐出中国之后变得更加安全。但是，在蒋介石看来，造成援华不力的关键原因是租借物资的分配权由英美参谋长联席会议军火分配委员会掌握，中国均不得派代表参加，得不到平等待遇，“在这场战争游戏中只是一个被利用的棋子”。同时，更使蒋感到不满的是1942年5月以后军火分配委员会确定的由史迪威负责接受租借援华物资的办法。因为此前美国援华物资装船离美后其所有权即属中国，而此后只要史迪威尚未把物资交付中国，其所有权仍属美国。美国提供的援华物资太少，而且经常不能兑现已经许下的承诺，这引起了蒋介石日益增长的不满。与此同时，蒋介石消极抗战的做法也引起了以史迪威为代表的美国军方日益增长的不满。他们要求罗斯福对蒋实行“交换”和“压力”政策，以援助作为迫使蒋介石努力抗日和改组中国军队的条件和砝码。中美战时合作中的一场危机由此而发。1944年10月，蒋介石终于在罗斯福派来的特使赫尔利的帮助下赶走了史迪威。
事实上，因租借物资分配引起的矛盾不仅存在于中方与美方之间，也存在于以史迪威为代表的在华美国陆军和以陈纳德为代表的在华美国空军部队之间。在这场内部斗争中，由于罗斯福无法对中国进行有效的援助，只好采纳陈纳德提出并得到蒋介石支持的空军优先战略。陈纳德的航空队因此一度拥有了对美国援华物资的优先权，在最困难的时候获得了有限的援华物资中的70％。与此同时，中国军队每月所得到的租借物资配额只在500吨上下，到1944年5月累计所得的武器装备不过万余吨，还主要用于补充驻扎在滇西由美军训练的中国远征军。
战争期间，中国对飞机的需求最为迫切，美国对中国的军事援助也首先集中于空军。1940年春，日本空军对重庆及四川各空军基地的轰炸使中国空军再次陷入困境。在租借法案实行前，中方已向美方提出在1941年3月前补充新式飞机500架，并由陈纳德在美招募志愿飞行员来华。在租借法案实行后，中国发展空军的计划是达到1000架作战飞机。但事实上，在太平洋战争爆发前，中国仅得到100架P-40式战斗机。太平洋战争爆发后，中方不停地向美方交涉飞机问题，美国允诺的数量极少，而且答应援华的飞机也往往不能落实或中途转飞其他战区，落实的也由于输送路线过长，转运途中损失严重。例如，1942年，由美国运至印度的一批援华飞机为263架，最后飞抵中国境内时仅剩136架，约为半数。
虽然战争期间美国提供的飞机数量与中国的需要之间一直存在着很大的缺口，但到战争结束时美国提供的飞机总数已稳居第一位。据台湾方面统计，抗战期间中国从外国获得的飞机总共为2351架。其中，向美国购买与租赁的合计为1394架，占总数的59％。来自苏联的为885架，占总数的376％。其余为来自英国36架、法国24架、德国12架，这三国仅占3％。值得注意的是，在美国提供的飞机中，有552架即将近40％是1944年下半年以后才运抵中国的，其中的大部分拨归美国第14航空队使用。直到战争结束后的1946年，美国提供的飞机数量才大致符合了国民政府的要求。
