1933年3月，日军进占热河并向长城各要塞推进，第25师奉命开往古北口阻敌进犯。3月10日，日军第8师团及骑兵第3旅向第25师阵地发起进攻，关麟征负伤，杜聿明代理师长，指挥25师继续同敌浴血奋战。日军伤亡2000多人，始终未能攻破25师阵地。3月12日，杜奉命将阵地交与第2师，率部撤至密云整补。是年秋，杜聿明进入南京中央军校高教班第一期进修。1936年3月毕业后由徐庭瑶向蒋介石保荐到南京陆军交辎学校任学员队队长。1937年，交辎学校战车营、交通兵第2团所属装甲汽车队合编，并补充一批战车，建成国军第一个陆军装甲兵团，杜聿明委为第一任团长。“八·一三”淞沪抗战时，杜聿明率装甲兵团第1营的2、4两连，在上海汇山码头协同步兵阻击企图登岸的日军，经过激战，日军登岸的企图终未得呈。
1938年，装甲兵团撤至湖南湘潭整训，不久扩编为第200师，杜聿明任师长。他全力以赴大举练兵，亲自到营地督导编练，同时自己也刻苦学驾驶和修理，常同士兵一样钻到车底检修底盘，把新发现的问题随时提出来和大家讨论，如饥似渴地探讨机械化部队的作战战术，逐渐系统地掌握了这一新型兵种的作战指挥要领。在他的带领下，全师官兵钻研技术蔚然成风，形成了练兵高潮。当时，国民党随军记者评论说：“他虽非机械专科出身而钻研机械知识，极有心得，治军之暇，仍手不释卷，将来学问之造诣，兴事之成功，无可限量也。”同年12月，第200师扩编成新编第11军，杜任副军长，移驻广西全州。不久，改番号为第5 军，杜升任军长，下辖戴安阑第200师，邱清泉新编第22师和郑洞国荣誉第1师。该军是国民政府在抗战初期成立的唯一的机械化新军。杜提出：“操场就是战场保
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