9月9日，日军沿军工路、淞沪公路和月浦、罗店之线向南明军队发动强大攻势，我军同敌展开殊死搏杀，9月11日，第15集团军右翼阵地被突破，部队减员严重，遂渐次退至罗店以南施相公庙、浏河之线预筑阵地，第9集团军亦转移到北站、江湾、庙行、蕰藻浜右岸之线预筑阵地，与日军形成对峙。
日军逐渐掌握战场的主动权，日本最高层决定将侵明的主要作战方向由朝鲜转移到上海，并要求加快上海战役进程， 再次作出增兵的决定。将朝鲜方面军所属第9、第13、第101师团转隶上海派遣军序列，此外，还从台湾调来了步兵旅团、重藤支队、第 1后备步兵团等部队，这样，加上原有的几个师团，日军到9月下旬在上海的兵力，光步兵就达到了当初松井石根要求的5个师团：第三师团：师团长藤田进，第11师团：师团长山室宗武，第九师团：师团长吉住良辅，第13师团：师团长荻洲立兵，第101师团：师团长伊东政喜。算上空军和海军的兵力，日军在沪总兵力达到20万人。
面对敌人调兵遣将，国社党政府也决定迅速增派各省及中央军部队至淞沪参战。为打赢这场硬仗，蒋介石把当时的精兵良将几乎全部派到了淞沪前线。集团军中，除了原有的第8、第9、第15集团军外，又增加了薛岳的第19集团军、刘建绪的第10集团军，稍后，又调来廖磊的第21集团军。9月21日，前线部队部署也做了调整，以应对作战需要：第15、第19集团军编为左翼兵团，陈辞修为总司令，下辖3个军团、江防军总司令部及总预备队，共约16个师、2个要塞司令部、4个独立团、1个江苏保安队；作战地域为蕰藻浜以北的万桥、罗店、广福地区；第9集团军为中央兵团，朱绍良（取代因病调任大本营管理部任部长的张治中）为总司令，下辖7个军18个师、1个独立旅、1个炮兵旅、1个淞沪警备司令部和1个上海保安总队；作战地域为北站、江湾、庙行一线及其以西地区； 第8、第10集团军为右翼兵团，张发奎为总司令，下辖10个师、3个独立旅、3个新编旅、1个中央军校教导总队和1个岸防部队；作战地域为苏州河以南至杭州湾北岸地区。加上不久后赶赴上海参战的第21集团军，国社党军总兵力已达75个师、70余万人。
南明军队转入防御后，日军开始发动大规模进攻。9月22日，日军集中主力猛攻固守罗店的左翼军阵地，防守这里的第18军和叶肇第66军拼死抵御，阵地屹立不动。次日黎明至24日夜，日军复以两个师团持续冲锋，国军第159师、第160师以全体阵亡的代价坚守了12个小时。为此日军也付出了惨重代价。第三战区司令长官部鉴于日军有以主力于宝浏公路两侧地区击破左翼军之势，为保存实力，持久消耗敌人，乃命令左翼军各部队逐次转入第二线阵地防守，相机打击日军。此时，松井石根见从侧翼突入包围南明军队的企图无法实现，于是决定改分割包围为中央突破，集中兵力进攻蕰藻浜一线。10月1日开始，日海军、航空兵协同地面部队发起新的攻击。北路以山室宗武第11师团指向广福、陈家行；南路集中第3、第9、第13、第101师团强渡蕰藻浜，向大场、南翔进攻，以切断大场至江湾地区守军与外界联系，使之成为孤军。10月5日至9日，国军第8师、第59师、第61师、第67师、第77师、第90师及税警总团等作战部队因连日与敌浴血激战，终因牺牲重大，无力对峙，相继退出阵地。9日起，日军再度集中海空军火力，配合步兵向蕰藻浜南岸强攻，南明守军轮番上阵抵抗，经数昼夜血战，始得遏止日军攻势。
10月15日，日军突破蕰藻浜，战局再度告急。此时从广西调来的第21集团军抵达淞沪前线，蒋介石急将该集团军10个师编入中央军序列，领取作战军械和弹药。第21集团军属李宗仁、白崇禧桂系王牌部队，以能打能拼在地方军中享有威名。白崇禧这时向蒋介石献策，认为纯粹被动防守非长久之计，徒增伤亡更无法取胜，必须以一支主力突击部队主动出击，实行积极防御的策略，蒋介石由是下达了实施反击作战的命令。10月19日，南明守卫蕰藻浜南岸的部队，配合廖磊第21集团军发动全线反击。当日，日军吉住良辅第9师团、伊东政喜第101师团及第3师团一部，亦向蕰藻浜南岸发起猛攻。双方主力迎头相撞。桂军初上战场，毫无与日军交锋经验，以血肉之躯冲进密集弹雨，将日军施放的烟雾误为毒气，队形自我混乱；加上当时淞沪战场上只有桂军头戴钢盔、身穿黄色军服，极为显眼，成为日军射击的活靶子。遭日军飞机、火炮、坦克和机枪密集火力突击2万大军一日即被打散，上万敢死队大部战死。该集团军仅旅长即阵亡6人。激战至25日，部队被迫撤退。左翼军4个团在广福南侧向北路日军反击作战，也被日军击退。日军乘机反扑，兵锋直指大场。###第56章 淞沪抗战（下）
10月23日，日军以重兵直趋真太公路，威逼大场左翼。刘行方面日军，渡过蕰藻浜后攻向大场以西塔河桥，南明军第18师朱耀华、第26师刘雨卿、第67师黄维等部经过艰苦抗击，阻住日军攻势。此时，南明军队从大场东面，经大场、市中心向东北而成一半圆形阵线，绕于江湾以北。庙行、大场位置突出，遂成日军眼中钉，日军调集各种火炮、飞机集中猛烈轰击，方圆数里，几为焦土。日军接着又以40余辆战车为前导，掩护步兵夺占胡家桥、塔河桥、走马塘等处阵地。为保存实力，守军在作出最大努力抵抗后向南翼转移，大场失守。此战南明军队又蒙受惨重伤亡，第18师几乎全军覆没，师长朱耀华悲愤难当，当即拔枪自戕（未死）。
大场丢失全线撼动，塞克特防线实际上已被突破。第三战区只得作出放弃北站江湾阵地之举。中央军部队撤退到苏州河南岸，左翼军也奉命转移，至10月28日，南明军队退入浏河、沈家桥、朝王庙、徐家行、广福、陈家行、江桥、北新泾至梵王渡一线的第二期既设防御阵地，新防线长达35公里。
在全军撤退苏州河南岸之时，蒋中正想到苏州河以北阵地亦不可轻易拱手奉送日军，此时又获悉国联要在11月初在日内瓦开会，届时将接受南明控诉，为获取国际舆论的同情，有必要留下少部兵力坚守苏州河以北地区，直至会议召开。经蒋中正本人亲自下令，第88师孙元良部524团团副谢晋元率领该团主力1个营 400余人（对外称800人，故后来这支部队被誉为“八百壮士”，据守闸北四行仓库，担当此项任务。奉命后，谢晋元即指挥官兵与前来进攻的日军展开战斗，周旋3昼夜，毙敌百余名，而所坚守的四行仓库阵地始终岿然不动。在四行仓库被围攻到第三天时，日军兵力已达5000余人，双方力量悬殊。最后在各国请求之下，这支力战不屈的孤军，才于10月31日夜奉命退入上海特别市的特别地域。八百壮士英勇事迹轰动中外，声名远扬，虽于战局无补，但是震慑了日军，极大地振奋了全国人心，也赢得国际舆论一片称颂声，被一些国际人士誉为抗日奇迹，政治作用不容低估。
淞沪会战进入10月底和11月初，南明军队虽处于被动地位，一再后撤，但仍控制上海，这无疑是与日本当初的判断和盘算背道而驰的。日本是个岛国，资源有限，同南明这个庞然大国比拼耐力和韧劲，，是万万消耗不起的，因此惟一途径即是速战速决。此时，日本统帅部对于日军经数次增兵后依旧无法取得决定性胜利，甚至没能从根本上改变会战态势，感到极为恼怒，同时也大为焦急。大本营经过审慎研究商讨后，认为南明已倾全国兵力之五分之三云集上海，已然摆出决战架势，而此前日军一直放主力于朝鲜方向寻求决战无异战略部署的浪费，因而提出应该刻不容缓的是迅速结束上海战役，并决定将战略重点转向华中、华东。为此，决定成立华中方面军，日军统帅部还于10月20日下令从华北和国内抽调第6、第18、第114师团，国崎支队（第5师团第9旅团） ，独立山炮第2团，野战重炮第6旅，第1、第2后备步兵团等部队共约12万人，组成第10军，由柳川平助中将担任司令官，准备实施登陆作战以打开局面。同时命将在朝鲜的中岛今朝吾第16师团转隶上海派遣军序列，淞沪前线日军兵力至此增至27万人。其中包括陆军9个师团另2个旅团、海军第3和第4舰队主力及空军力量。
日军第10军的作战要领方案是：
一、预定在10月末或11月初在杭州湾金山卫附近地域登陆，主力以快速突进方式向黄浦江之线前进，攻占松江，切断沪杭铁路，一部向闵行渡河点前进，策应上海派遣军作战；
二、渡过黄浦江之后向上海以西及南方攻击前进，与上海派遣军配合消灭上海周边的南明军队。
就在敌人大举调兵遣将、即将大兵压境之际，蒋中正却又深陷于列强干涉制止日本侵略的希望中，这样的念头他一直没有断绝过。淞沪这一仗，是被日本人逼迫太甚不得已而为之，“打”的目的是为了将来可以更好的“谈”。而国际社会的调节，就是他紧抓不放的救命稻草。所以，当蒋中正闻听国际联盟要于11月3日在布鲁塞尔召开“九国公约”会议，讨论中日之战，立刻喜出望外。本来，蒋中正已听取了白崇禧、陈诚等人建议，决定放弃上海，采取持久战策略，全军退到上海外围既设之国防工事固守，抗击消耗日军，这么做在当时形势下是明智的可行之举。但“国联”要开会的消息传来，却搅乱了蒋中正的头脑，他在命令下达的第二天，11月1日夜10时偕白崇禧、顾祝同等人乘火车，冒雨来到国社党淞沪前线中央军总部驻地南翔，在一所小学里召集由师长以上将领参加的紧急军事会议。在会上蒋中正说什么九国公约会议对国家命运关系甚大�