第19路军侦知日军增兵情报后，蒋光鼐当即电告何应钦：“我虽欲求和，而日寇无诚意。为民族生存，图国家体面，只有决心一战，请令飞机排除万难，速来前线参加战斗，并设法在最近期内，另调援军一二师前来。”〔２４〕14日，军政部奉蒋介石命令，正式颁发命令：以京杭两线的第87师、第88师等部队改编为第5军，任张治中为军长，并率军官学校的教导总队、炮兵学校的山炮队，和军政部直属的地雷队、铁道炮队加入第19路军战斗序列，归其指挥。蒋介石这时已感到：“日既在沪不肯撤兵，我方只有抗战到底。故此后军事开展究竟至何如程度，均难逆料。”〔２５〕由此可见，中日交涉再次失败，国民政府别无选择，只有抵抗一途。
2月18日9时，增援到沪的日军部署完毕，植田通过英国公使兰浦森的斡旋，日参谋长田代少将在法租界中日联谊社与第19路军代表范其务参议会见。田代要求第19路军撤退，范当即拒绝。于是植田在当日下午向第19路军和上海市市长发出最后通牒。其主要内容如下：
（一） 中国军队应即从速中止战斗行为，于2月20日午后7时前，将现据之第一线撤退完了，于2月20日午后5时以前从黄浦江西岸，由租界西北端连络曹家渡镇、周家桥及蒲淞镇之线起算，黄浦江东岸由连络烂泥渡及张家桥镇之线起算，各从租界向北20公里地域（包含狮子林炮台）内撤退；
（二） 日军在撤退区保有飞机侦察权；
（三） 日军在中国军队撤退地区派调查员；
（四） 中国军队完全保护上海附近日本人的生命财产；
（五） 中国政府禁止排日运动。
“如以上各项不能实行时，日本军将对贵国军采取自由行动。其结果所生一切责任应由贵国负之。”〔２６〕
19日，蔡廷锴、吴铁城分别复函，严词予以拒绝。中国外交部也发表《对日宣言》，称日本的要求“实危及中国主权及国格，中国方面绝对不能接受……中国在沪驻军为保中国土地计，迫不得已，亦惟有从事自卫奋斗到底而已”。〔２７〕第19路军指挥部更下令前线部队集中炮火向日军阵地猛轰，作为广大官兵对日军最后通牒的答复。
中国兵力的部署如下：
中国军队以保卫国土和自卫为目的，拟占领南市—龙华—北新泾—真茹—闸北—江湾—吴淞—宝山—月浦镇之线，将主力集中于铁道以北地区，迎击由闸北、江湾、吴淞方面来犯之敌，待机出击，压迫敌至黄浦江边而歼灭之。
右翼军指挥官为第19军军长蔡廷锴，指挥第60师、第61师、第78师（缺翁旅之第4、第5两团）、税警总团王赓旅和宪兵第6团及南市一带团警，占领南市—龙华—北新泾—真茹亘闸北、江湾之线，保持主力于真茹、大场镇之间，迎击当面之敌，待机出击，压迫敌于引翔港方面歼灭之。须以一部有力部队死守南市—龙华，作全军右翼之据点。各师任务区分如下：
（一） 税警总团王赓旅担任警戒南市—龙华—虹桥亘北新泾河以南之线。须以有力部队死守南市—龙华，为右翼之据点。
（二） 第78师（缺翁旅之第4、第5团）担任警戒北新泾河以北亘曹家渡沿中山路、真茹镇之车站亘真茹车站北端之线。主力控制于真茹镇方面附近，相机迎击当面之敌，及策应第60师。
（三） 第60师占领北站—闸北亘八字桥、江湾南端之线。主力控制于中央，迎击江湾当面之敌，乘机向虹镇—引翔港方面出击。
（四） 第61师为右翼预备队，集结于大场镇西南一带，以一部死守江湾镇。
第二部分：从“九一八”事变到西安事变庙行 江湾战斗 2
左翼军指挥官第5军军长张治中指挥第87师、第88师、冯庸义勇军（现在浏河，兵力约１个连）、要塞地区指挥官（正指挥官谭启秀，副指挥官翁照垣）、第78师第156旅（缺第6团），占领江湾北端亘庙行镇东端—蔡家宅—胡家宅—曹家桥之线。主力控置于大场镇北、杨行镇南及刘家行之间，迎击从江湾北方地区来犯之敌；乘机出击，向殷行镇附近压迫敌人于黄浦江畔而歼灭之。以一部在罗店—浏河—小川沙方面担任江面之警戒，相机策应吴淞。
要塞地区须以有力部队乘机进占张华浜车站；万不得已则死守吴淞、宝山之要塞，以为全军左翼之据点。
左、右翼军以沈家行镇—江湾镇—大场镇之线为战斗分界线，线上属右翼军。
航空队须努力妨碍敌机之活动，掩护本路军之作战，并努力爆击引翔港附近的敌飞机场。
日军鉴于在闸北、吴淞作战失败，决定避开街巷战以及对坚固阵地的攻击，专以炮火压制守军右翼，而以主力突破守军左翼后迂回至守军之侧背。其部署如下：
（一） 以海军特别陆战队和陆战队的8个大队、附属山炮兵1个中队为左翼，向闸北亘八字桥一线的中国军队阵地实施牵制性进攻；
（二） 以第9师团的第6旅团和混成第24旅团为右翼，分两路向江湾及庙行的中国军队阵地进攻；
（三） 以第9师团的第18旅团为预备队，位于公大纱厂及复旦大学附近；
（四） 舰队以第3战队和驱逐舰2艘监视狮子林炮台并威胁浏河，以第1水雷战队和“能登吕”号压制吴淞要塞，主力在黄浦江以炮火重点支援其右翼军作战；
（五） 第1航空战队以舰载机消灭中国飞机及破坏交通，以陆基机直接支援地面部队作战。
第9师团长植田在公大第一纱厂设立司令部指挥作战。
日军于2月20日7时30分向淞沪地区中国守军发起全面进攻。
中国军队当即奋勇迎战。其右翼军的抗战情况如下：
第19路军各师经20余日战斗，已积累了一些作战经验，日军第9师团的第6旅团在坦克和炮兵支援下向守卫江湾镇的第19路军攻击时，该军隐伏战壕内以逸待劳，待敌接近时即以手榴弹还击，敌攻势每被击破。战至１８时，敌终不得进。入夜，敌调整部署，令第7联队的第2大队从江湾北面进攻严家桥，但被守军包围于严家桥东端；第35联队企图增援，但被击退。在第19路军猛烈围攻下，该大队大部被歼，仅少数逃走。该大队大队长空闲升少佐被俘（上海停战后释放，于3月28日自杀）。21日，日军再度进攻，仍不得前进，并在守军火力杀伤下伤亡惨重。日军以一部监视守军阵地，主力暂时停止攻击。
中方左翼军的抗战情况：
日军混成第24旅团于2月20日7时30分在重炮的支援下，向庙行镇方面的守军阵地攻击。守军第88师英勇抵抗，击毙很多日军，并击落敌飞机1架。入夜，日军继续攻击，枪炮声竟夜不绝。
22日晨，第24旅团第一线部队乘大雾突入庙行镇东端第88师第264旅第527团第3营阵地和麦家宅及其南侧坟地一带。守军第88师将全部预备队投入战斗，仍未击退日军，伤亡很大。第264旅正、副旅长均负伤，工兵营营长阵亡。在敌军猛烈攻击下，守军呈全线不支状态。张治中当即率领教导总队（缺1个营）赴第88师指挥策应，并令第87师第259旅向庙行增援，令守蕴藻浜北岸的宋希濂率该旅主力从纪家桥渡河抄袭敌侧背，令第88师对敌突破地区实行反突击。
右翼军蔡廷锴得知庙行局势严重后，当即于上午9时决心在江湾至蕴藻浜全线向敌反冲击，并令第61师第4、第5团从江湾西北端向敌侧击，支援左翼军。第78师以1个团接替第61师杨家楼防务，以另1团控制于夏家宅，策应八字桥和江桥守军作战。第61师在右翼，第87师第261旅在左翼。下午，各部到达出击位置后即全线向敌展开反冲击。日军被三面夹击，仓皇溃退，仅一小部留在金家塘、麦家宅一带顽强抵抗。血战到晚8时半，该部日军被歼灭。
2月25日，日军改变全线进攻的战术，集中第9师团主力和飞机、火炮重点攻击麦家宅、金家塘以东第87师阵地。26日晨，敌再次以飞机轰炸麦家宅和金家塘东面守军阵地，而后从8时起集中炮兵火力对守军阵地继续轰击近两小时，将这一带阵地几乎全部摧毁。9时45分，敌步兵发起攻击，1小时后占领了麦家宅东侧及金家宅东方守军第一线阵地。第19路军第61师和第78师预备队立即增援，并向侵入小场庙地区的敌人实施冲击，终于恢复了原来的阵地。陆军中将植田谦吉指挥的两次进攻均以失败告终。
自中日第一次空战之后，国民政府航空署决定以苏州作为中国空军的前进基地，把主要作战飞机集中在苏州机场并开设了指挥所，以便于支援淞沪战场。日军侦知上述情况后，于20日派飞机到苏州侦察机场情况，22日派加贺小谷大尉和生田大尉分别率侦察机、战斗机袭击苏州机场。美国试飞员兼教练员萧特在驾机随编队向杭州转场时与日机遭遇，当即向日机攻击。加贺小谷所驾飞机被击中三弹。萧特因座机中弹坠落而牺牲。
日机得知中国飞机已转场杭州，为先发制人，编成空袭大队，由小田原统率，于26日7时袭击杭州机场。中国飞机起飞7架迎战。经激战后，日机虽被击落一架，但中国飞行员也牺牲1人，伤3人，杭州机场及所停飞机均被炸毁。〔２８〕
第二部分：从“九一八”事变到西安事变浏河战斗 1
淞沪战局不断扩大，英美等国深恐危及上海租界及其在华的商业利益，训令其驻日大使向日本外相芳泽谦吉发出警告，反对日军以公共租界作为作战基地。2月16日，国联12个理事国向日本代表发出通牒，要求日本尊重会员国的领土完整等条款。20日，国联理事会接受中国代表的要求，决定将中日冲突问题提交国联全体大会讨论，预定3月3日开会。日本第9师团在上海失败后，日本参谋本部和陆军省认为，如在淞沪拖延下去，势必招致国外反对，中国国民政府也会调来中央嫡系军队参战，内外局势有恶化的可能。2月23日，日本内阁召开会议，通过了陆相荒木的提议，决定调遣第11、第14两个师团前往上海参战，组成上海派遣军司令部，以白川义则大将为司令官，并决定了五条原则：一、最大限度派遣两个师团；二、尽量避免引起中日（全面）战争；三、战场尽量限于上海附近；四、采取迅速之方法解决上海事件；五、增兵一事不准发布消息。〔２９〕其意图显然是抢先在国联开会和中国各路援军到达上海之前打垮中国守军，以改变当前的被动局面。为了掩盖其增兵行动，日本又一次玩弄缓兵之计：假意接受英舰队司令克莱的调停，派野村吉三郎和首相代表松冈洋右与中国代表第19路军参谋长黄强和顾维钧在英舰“甘特”号上会谈；但对中国代表提出的合理建议，则以“等待东京训令”为借口，要求于3月2日傍晚再答复。
白川义则和第11师团长厚东笃太郎中将于2月29日首先率领第11师团的先遣兵团乘“妙高”号巡洋舰，在第4战队和第2水雷战队护航下到达长江口。白川在听取了原在上海的军参谋长田代皖一郎少将的情况报告后，于当日上午10时下达了总攻上海的作战命令。其兵力部署和进攻方向为：第9师团夺取张家桥、夏马湾线；第11师团在七丫口附近登陆，然后尽快袭击、占领浏河镇，并准备向大场镇、真茹镇进攻；海军第3战队及海军飞机配合陆军作战。
日军大规模的增援活动引起国民政府军事当局的极大恐慌，于是急忙从豫、鄂、赣等省增调徐庭瑶第4师、赵观涛第6师、唐云山独立第33旅，抽调姚永安、李法铭、孔庆桂、纪毓鲁和项致庄等山炮、重炮各旅、团，又抽选受过训练的士兵5000余名，分给第19路军和第5军补充空额。2月26日，调第47师的1个团开赴前线，归蒋光鼐指挥；又以该师2个团守镇江、1个团守京口，归宪兵总司令谷正伦指挥。
3月1日6时30分，日军对淞沪地区发起全线攻击。首先以飞机、大炮向中国守军阵地进行了连续三个半小时的火力准备，然后以坦克、装甲车掩护步兵攻击。守军沉着应战，给以杀伤，但因抽调部分兵力驰援浏河方面，所留兵力薄弱，虽顽强抵抗，战线仍不断被敌军突破。日军第9师团左翼队于午前攻入广东义地、麦家宅、陆家宅一线，到下午2时又进占了谈家宅、岭南桥和杨家楼东侧一线。日军右翼队发起攻击后，受到守军严重杀伤，到下午也先后占领了竹园墩及广东义地两侧地区，并进入周家宅、四车头一线。日军中央队占领了二十三园北部。日军混成第24旅团下午占领了戴家宅，