十二月十七日，华中方面军举行攻占南京入城式。冢田攻随松井石根于中午乘汽车抵达中山门外，一时三十分，在两军司令官陪同下，骑马入城，自中山门至国民政府，检阅丁列队道路两旁的各师团部队，并对在南京烧杀奸劫最甚的谷寿夫师团大加赞赏。在他们的纵容下，日军在南京的暴行愈演愈烈，到了令人发指的程度。十二月十九日至二十日，冢田攻随同松井石根在南京逗留了两天，目睹了大屠杀的种种暴行。冢田攻是南京大屠杀的元凶之一。

一九三八年二月七日，烟俊六大将接替松井石根任华中方面军司令官。二月二十一日，冢田攻随松并返回日本。二月二十六日，松井率冢田攻等随从人员同往叶山离宫，上奏出征华中之情况。三月五日，冢田攻留国内任陆军大学校校长。七月十五日，晋升为陆军中将。十二月十日，调任关东军第八师团师团长，第四次出征中国。一九四〇年十月二十八日，再次调回参谋本部任特务机关长。十一月十五日，升任参谋次长。

从冢田攻任参谋次长后，联席恳谈会便开始讨论对苏开战和南进发动太平洋战争问题。冢田攻是日本陆军中积极主张配合海军南进的代表人物，也是参与制定南进作战决策的重要人物。一九四一年六月二十六日，在第三十三次讨论北进与南进的问题时，冢田攻宣读了大本营陆海军的方案，并由杉山元参谋总长对此作了说明。在参谋本部与军令部的积极努力之下，陆海军制定南进作战计划的工作于八月基本完成。之后，海军于九月十口至十三日举行了四天有关南进作战的军棋演习，由联合舰队司令官山本五十六大将主持；陆军于十月一日至五日举行五天演习，由冢田攻参谋次长主持进行。十一月二日上午十时，冢田攻从宫中会场返回参谋本部后，向田中第一部长，冈本福清第二部长、有末第二十班长，说明了会议的经过和决议事项之后，发表了如下感想：

“现在决心一战……我个人认为，日美战争是不可避免的。时期就是今天。即使现在不打，也只是明年打或后年打的问题。时期就是现在。一打起来，神洲(日本的自称)正气一定大放光明。打着向南方挺进，在执行国防政策上，前途光明。至于战争结局，由于日本的南进，很有可能促使德意制服英国，迫使中国屈服的可能性也是比现在要大。其次也可以设想苏联的屈服问题。夺取了南方也会打击美国的国防资源。即我们可以首先在西部太平洋及东亚大陆上筑起铜墙铁壁，在其中亚洲的敌对国家集团实行各个击破;另一方面，努力打倒美英。英国一旦垮了美国也得考虑考虑。”冢田攻在这里把日本南进的战略方针和盘托出，显然，他是参与制定南进作战决策的重要人物。

十一月五日，御前会议决定对美、英、荷等国开战六日，大本营发布南方作战部队战斗序列，任命寺内寿--大将为南方军总司令官、冢田攻为总参谋长，总司令部设在西贡。十二月八日，经过日军统帅部精心策划，由联合舰队与南方军共同发动的太平洋战争爆发。

一九四一年六月，太平洋战争的初期进攻告一段落日军大本营开始策划扩大侵华战争的新阴谋，准备执行进攻重庆和西安的五号作战计划，把战争引向中国的战略后方基地。这时，日军统帅部应中国派遣军总司令的请求调任冢田攻为中国派遣军第十一军司令官。七月一日，冢田攻出攻飞抵汉口，接替了原司令官阿南惟几中将的职务。第十一军是日军在中国境内的纯粹野战部队，装备有飞机、坦克、装甲车、山炮、野炮及其他重型武器，共有官兵二十三万人，是一支战略进攻性的大型野战兵团。正当第十一军积极准备进攻重庆、西安时，日军在太平洋的瓜达尔卡纳尔战役中失利，大本营于九月初下令中止执行五号作战计划。为此，中国派遣军总司令部派宫野高级参谋专程赴汉口，向冢田攻传达大本营的意图，并带去派遣军总参谋长河边正三中将致冢田攻的信件，进一步说明中止五号作战的背景等情况。对此，冢田攻仍持有异议，并写出《关于今后作战指导的建议》，于十一月七日派该军参谋长木下勇少将去南京，向河边拒三中将递呈。《建议》内容主要有两点：“一、再增加若干师团，给予华中方画一两个敌方最精锐地区以猛烈打击”；“二、对西北方的作战(西安作战)，将严重刺激苏联，在目前形势下应极其慎重”。报告之后还附以冢田攻“斗胆陈情”的亲笔字。要求继续执行五号作战计划中的华中部分，并将侵华战争扩大至四川东部地区，执行进攻重庆的作战计划。鉴于此，中国派遣军总司令部在南京召开各军司令官会议，进一步讨论执行大本营关于中止五号作战的命令。

十二月十八日中午，冢田攻在参加南京会议后。与本军高级参谋藤原武大佐乘仁九式飞机返回汉口，途经安徽省西部太湖县境上空时，被驻守大别山区的中国军队第五战区第二十一集团军第一三八师高炮部队击中，坠落在弥陀区田家滩附近的筋竹冲地区，机毁人亡。二十五日，日军第十一军第六十八师团搜索部队寻获飞机残骸及包括冢田攻和藤原武在内的十一具肢离破碎、血肉模糊的尸体，运至太湖县城后，经安庆运回日本。