兼陆军大学校长，1936年二·二六事件发生后，杉山元因受到牵连而辞去参谋次长的职务。
1936年8月，杉山元任陆军三大核心首脑之一的教育总监兼军事参议官，11月2日，晋升为陆军大将。1937年2月任林铣十郎内阁陆军大臣。该届内阁倒台之后，在近卫文麿内阁里继续留任陆军大臣。
1937年7月7日，卢沟桥事变爆发。[2]杉山元身为陆军大臣，极力主张增加驻华兵力，扩大战争规模，他强硬的反驳不扩大派的石原莞尔：“所谓不扩大，只是避免全面战争，而不是不顾皇军的威信。”他向昭和天皇担保，三个月解决中国事变。7月11日责成陆军省和参谋本部有关部门共同制定了《关于华北作战的协定》，向内阁提出增兵华北方案，7月18日，首相近卫文麿召开“五相会议”，身为陆相的杉山元力主增兵华北，7月23日晚，他亲自向内地第五师团、第六师团、第十师团下达******。向华北增兵二十万，马五万匹。8月15日，日本政府发表了由杉山元起草的《对华宣战声明》，全面侵华战争被付诸实施。[3]
杉山元于1938年6月改任军事参议官。11月，杉山元在做盲肠炎手术休养期间被调任北支派遣军司令官，接替