第三十八集团军于1939年11月20日奉令组建‌，首任总司令为徐庭瑶（被誉为“国民党军机械化部队之父”）‌，隶属第四战区指挥体系。其初始编制包括第二军（李延年部）和第九十九军（傅仲芳部）‌，后续纳入第五军（杜聿明部）、第六军（甘丽初部）等机械化部队‌。

该集团军成立后即投入桂南会战（1939-1940年），成为第四战区阻击日军进攻中越交通线的核心力量‌。其中，第五军作为国军首支机械化部队，在昆仑关战役中采用步炮坦协同战术，全歼日军第五师团第二十一旅团，击毙旅团长中村正雄‌。此役虽重创日军精锐，但集团军自身伤亡超1.6万人，机械化装备亦严重损耗‌。

1940年3月2日，因战役损耗过大且战区战略调整，第三十八集团军番号被裁撤‌。其所属部队分拨至第六战区（第二军）和第九战区（第九十九军）‌。第五军等机械化部队则转隶其他战区继续作战‌。

第三十八集团军总司令 徐庭瑶，安徽无为人，保定陆军军官学校第三期步兵科毕业，陆军中将‌（1935年4月授予），国军机械化部队的奠基人之一。

第二军军长 李延年，山东广饶人，黄埔军校第一期毕业生，陆军中将（1935年4月授予）。

第九师师长 郑作民，湖南新田人，黄埔军校第一期毕业生，陆军中将（1940年6月追晋）。

第七十六师师长 王凌云，河南洛阳人，绿林出身，陆军少将（1936年2月授予）。

第五军军长 杜聿明，陕西米脂人，黄埔军校第一期毕业生，陆军少将（1936年10月授予），第五军系首脑。

第二零零师师长 戴安澜，安徽无为人，黄埔军校第三期毕业生，陆军少将（1939年6月授予）。

新编第二十二师师长 邱清泉，浙江永嘉人，黄埔军校第二期毕业生，陆军少将（1939年6月授予）。

荣誉第一师师长 郑洞国，湖南常德人，黄埔军校第一期毕业生，陆军少将（1936年10月授予）。

第六军军长 甘丽初，广西容县人，黄埔军校第一期毕业生，陆军中将（1936年10月授予）。

第四十九师师长 李精一，湖南宝庆（一说邵阳）人，黄埔军校第二期毕业生，陆军少将（1939年3月授予）。

第九十三师师长 吕国铨，广西容县人，黄埔军校第二期毕业生，陆军少将（1939年6月授予）。

预备第二师师长 陈明仁，湖南醴陵人，黄埔军校第一期毕业生，陆军中将（1936年2月授予）。

第九十九军军长 傅仲芳，浙江萧山人，保定陆军军官学校第八期步科毕业，陆军中将（1937年5月授予）。

第九十二师师长 梁汉明，广东信宜人，黄埔军校第一期毕业生，陆军少将（1938年6月授予）。

第九十九师师长 高魁元，山东峄县人，黄埔军校第四期毕业生。

第一八八师师长 王严，山东郯城人，黄埔军校第三期毕业生，陆军少将（1939年6月授予）。

第三十六军军长 姚纯，江西萍乡人，保定陆军军官学校第三期步科毕业，陆军中将（1937年12月授予）。

第五师师长 刘采廷，江西铜鼓人，黄埔军校第二期毕业生，陆军少将（1938年6月授予）。

第九十六师师长 余韶，湖南平江人，云南讲武堂韶关分校第一期步科毕业，陆军少将（1938年6月授予）。