卻說日本陸軍大將松井石根奉命率上海派遣軍第3、11師團，野戰炮兵第5旅團約5萬人馬在海軍護衛下從本土啟程增援上海的海軍陸戰隊。
8月23日，日軍抵達外海。松井石根先是命令105架艦載機從3艘航空母艦上起飛，空襲南京、杭州等地，壓制中國空軍。接著命令海軍艦艇數十艘抵近江岸，用艦炮火力壓制中國軍隊岸防火力。火力準備完畢後，兩個師團於當天拂曉兵分兩路分別從吳淞鐵路碼頭和川沙口登陸，南下月浦、寶山，然後在羅店會師後繼續向南推進，斬斷京滬鐵路，合圍中國軍隊第9集團軍。
由於中國軍隊主力全部在市區作戰，岸防部隊很少，很難抵擋登陸後的日軍，只好利用河湖港汊節節抗擊，逐步向腹地退卻。
蔣介石得知日軍開來數萬援軍且已經成功登陸，吃驚不小，連忙親自趕赴上海，聚集戰區諸將商議戰守。經過一番討論，決定把京滬杭地區化為第三戰區，由顧祝同擔任正司令長官（本來是馮玉祥，因為華北戰事緊急調往河北山東的第六戰區任司令長官），下轄張發奎、張治中、陳誠指揮的第8、9、15集團軍，總兵力約30萬人，分左、中、右三個方向迎戰日軍。
左路軍是第8集團軍，下轄第28軍、55師、獨立第45旅、炮兵第2旅約4萬人。防守滬杭鐵路線並杭州灣沿岸，掩護戰線右翼，防止日軍在杭州灣登陸；中路軍是第9集團軍，下轄第36、57、61、87、88師和上海保安總團約6萬人，繼續圍攻上海的海軍陸戰隊；右路軍是第15集團軍，屬於新到部隊，下轄第1、4、18、39、54、66、74軍約20萬人，固守瀏河鎮、羅店、月浦、寶山一線沿江陣地，迎戰登陸的日軍增援部隊。
松井石根原本是日軍退役軍人，因為戰事緊急被重新徵召回來，一向驕狂，根本瞧不起中國軍隊。但是在和20萬中國軍隊交手後，他才知道自己錯了。
日軍第11師團在師團長山室宗武中將率領下從川沙口登陸，隨即遭到中國軍隊第39軍的阻擊，雙方廝殺至羅店近郊，中國軍隊第18軍在軍長羅卓英率領下從斜刺裡殺來，與日軍殺成一團。
每日凌晨，日軍先是以上百架次航母艦載機飛赴羅店轟炸掃射，然後以陸軍野戰炮配合海軍艦炮一同轟擊。直到中國軍隊陣地上大火沖天、煙塵蔽日，步兵以大隊、中隊為單位在坦克、裝甲車引導下向中國軍隊陣地撲來。
中國軍隊則據守陣地，依據防禦戰條例，在日軍炮火打擊時隱蔽，等日軍步兵衝鋒時這才持槍進入陣地，推彈上膛，擇準目標，待日軍進入射程後，隨即以機槍橫掃、步槍點射、手榴彈亂炸、刺刀亂捅。雙方激戰10多天，羅店陣地反覆易手四五次之多。經常是日軍在白天仰仗火力優勢拿下陣地，中國軍隊則在晚上利用夜暗組織奇襲，與日軍短兵相接，奪回陣地。一個小小的羅店，雙方死傷達2萬餘人。第11師團傷亡過半，山室宗武望著屍首相疊、血流成河的羅店陣地，中國軍隊第18軍依然死守不退，無奈之下只好向松井石根告急嗎，請求援軍。
左翼日軍第3師團在師團長藤田進三中將率領下從吳淞鐵路碼頭登陸後從西面進攻羅店，配合第11師團作戰。結果在途中遭遇中國軍隊從寶山、薀藻浜方向上的中國軍隊第87、36師側翼打擊。為了確保行動安全，藤田進三隻好先放緩對羅店的攻擊，先分兵擋住對師團兩翼威脅最大的36、87師，然後集中兵力先攻打寶山。
固守寶山的是中國軍隊一個加強營約500多人，營長姚子青。日軍每天清晨以飛機、火炮狂轟濫炸，然後以大股步兵衝鋒。姚子青率部與日軍惡戰10多天，直到9月5日彈盡糧絕、寶山城化為廢墟、全營官兵僅剩數十人，依然死戰不退。久攻不下寶山的藤田進三惱羞成怒，隨即召來30多艘艦艇對準寶山城一陣亂轟，直到磚石亂飛，煙塵蔽日，然後命令步兵繼續衝鋒，而此時的姚子青營長和剩下的幾十名官兵也早都英勇犧牲了。日軍雖然拿下了寶山，卻也傷亡慘重，更重要的是耽擱了近半個月，根本難以再去同第11師團配合作戰，也只好向松井石根求救。
原本以為能夠一舉殲滅第9集團軍的松井石根，沒想到一個羅店、一個寶山居然把他擋了半個多月還搭上了近萬名日軍官兵的性命，不免為中國軍隊的戰鬥力感到吃驚。特別是得知海軍陸戰隊在中國軍隊圍攻下已經危在旦夕，而自己手頭的兵力恐怕已經難以再有多大作為。思之再三，松井石根只好向國內求援。
日本陸軍省經過緊急磋商並且奏請天皇批准後，隨即在國內緊急動員，編組了第9、13、101師團，由吉住良輔、荻洲立兵、伊東政喜三位中將擔任師團長，編入上海派遣軍序列，開赴上海。陸軍省又命令在華北戰場上的華北方面軍司令官寺內壽一大將放緩在津浦、平漢上的攻勢行動，並且抽調若干炮兵、工兵、特種兵部隊增援上海。還從臺灣部隊中抽調重藤支隊前往上海。
這樣一來，上海派遣軍已經有5個陸軍師團，加上海空軍部隊，總兵力超過20萬人，擁有作戰艦艇130艘、飛機300多架、坦克裝甲車300多輛、火炮1000餘門。
得到增援的松井石根又重拾信心，隨即調整部署，命第11師團繼續進攻羅店；第3師團拖住中國軍隊的36、87師兩支勁旅；海軍陸戰隊繼續堅守原陣地楊樹浦和虹口，拖住中國軍隊第88師；新到的3個師團由他親自率領，直接攻打中國軍隊正面戰線的支撐點——大場，來個中央突破，然後再各個擊破。
蔣介石得知敵軍重兵雲集上海，對嚴重惡化的華北方向暗暗鬆了一口氣。於是下令調集後方華中、華南、西南各地的中央軍部隊各師，每個師抽調4-6個營，限一個月內開赴華東前線。各省省主席迅速動員地方軍部隊兼程開赴前線作戰。後勤機關則備好糧秣、被服、彈藥，保證作戰順利進行。
上海前線的部隊則重新調整指揮體系，蔣介石親自兼任了第三戰區司令長官，所屬部隊已經達到7個集團軍、6個軍團、22個軍、68個師、9個獨立旅、10個炮兵團，總兵力達70萬人。新到的第21、19、10集團軍分別加強給原先的左中右三個作戰方向，中路的總司令由張治中換成了朱紹良。
9月22日，日軍首先發動進攻。上海周圍數十里地方，日夜炮聲隆隆、硝煙不斷，天上雙方作戰飛機來來往往，捉對廝殺，佈滿天空。地上百萬大軍在上海城郊一隅之地交鋒。戰線犬牙交錯，每一條塹壕、每一道河渠、每一個村落，都要反覆衝殺、拼死爭奪。江灣、羅店、劉行、陳行、廣福、大場、施相公廟等處廝殺最為激烈，中國軍隊佔據數量優勢，日軍佔據火力優勢，雙方官兵都驍勇頑強，不怕犧牲。雙方反反覆覆的拉鋸戰，每天傷亡數以千計，陣地前屍首相疊，又逢日曬雨淋，惡臭熏天。
蔣介石眼見中國軍隊因為裝備乏力，漸漸轉為劣勢、戰線逐次從南向西緩緩推移，隨即召開軍事會議，向眾人問計。顧祝同先是彙報了近幾天的戰況，大意是由於日軍炮火猛烈，中國軍隊一線作戰部隊已經漸漸不支，部隊減員巨大，一個其裝滿員的步兵師開上去最多三五天就被打殘，現在戰線已經轉移到了大場和南翔之間。副總參謀長白崇禧隨即建議集中一支生力軍部隊從戰線中央的大場、真如、南翔間發起攻擊，力爭截斷日軍戰線，扭轉被動局面。並且表示他的嫡系部隊——桂軍改編而來的第21集團軍可以擔此重任。
蔣介石表示同意。
白崇禧隨即部署以第21集團軍為核心，在集團軍司令廖磊率領下沿著南翔、真如間分三路出擊。
第一路是韋雲松指揮的第48軍3個師，由黃港北侯宅、譚家頭向薀藻浜出擊，掃蕩薀藻浜沿線之敵，前出至唐家橋、田都一線；
第二路是葉肇指揮的第66軍兩個師，由趙家宅向東進攻，前出至楊家宅、徐宅一線；
第三路是夏楚中指揮的第98師，由廣福南側向北進攻，前出至孫家頭至張家宅一線。
三路反擊部隊限令在10月19日黃昏前準備完畢，待入夜後發起攻擊。同時命令其他戰線上的部隊組織突擊隊在反擊部隊行動前後向當面日軍發起佯動，掩護反擊部隊。
無獨有偶，中國軍隊在謀劃反突擊的時候，松井石根也謀求重點突破，並且重點都在中央地段的南翔、大場、真如。唯一不同的是日軍預定時間比中國軍隊晚幾個小時，但是雙方最精銳的力量都同時投在了相同的地方。
中國軍隊首先出擊，6個師的桂軍官兵以48軍打頭，躍出戰壕叢林，撲向日軍陣地。前進2000米，很快拿下了日軍第一線陣地。但是日軍很快反應過來，見中國軍隊拿下了一線陣地，隨即集中野戰炮、艦炮火力猛轟，然後以步兵發起攻擊。
猝不及防的桂軍遭遇了突如其來的炮火襲擊，傷亡慘重。但是這畢竟是一支久經戰陣、訓練有素的兇悍部隊，特別是官兵之間鄉土情誼深重，看見戰友倒下，遂激起復仇鬥志。20日天明，桂軍繼續發起攻擊，與日軍反擊部隊撞在一起。雙方10數萬兵力在草叢中、河溝裡、大路旁來回廝殺，直殺得屍首相疊，血流成渠。
雙方戰至23日，桂軍6個師已經減員半數，中基層骨幹折損大半，卻依然毫不退縮，奮勇拼殺。其視死如歸的精神令日軍無不膽寒。
但是桂軍畢竟還是缺乏現代化作戰經驗，當突入日軍陣地後，誤把日軍突然發射的煙幕彈當成毒氣彈，桂軍隨即陣腳大亂，自相踐踏，死傷無數，奪得的日軍陣地又被日軍奪取。
日軍趁勢一直反撲到大場。駐守在這裡的是中國軍隊又一支兇悍的地方軍部隊——湘軍第18師，在師長朱耀華率領下與日軍惡戰至26日，全師5000官兵只剩下1/10不到，因為寡不敵眾放棄陣地撤退，朱耀華師長因為丟了大場導致整個中國軍隊的陣地全線動搖，憤而舉槍自盡。
桂軍反擊失利、大場又被日軍佔領，其他各條戰線上的部隊也和當面日軍打得不可開交，顧祝同眼看佔領大場的日軍兵分兩路攻擊左路和中路軍側後，無奈之下報請蔣介石批准各部隊放棄瀏河口、羅店、大場、廟行、江灣、閘北一線陣地，退到蘇州河南岸，佔領預備陣地，準備再戰。
松井石根當然不肯罷手，隨即命令日軍部隊銜尾窮追。欲知中國軍隊如何迎敵，且聽下文分解。
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