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“上海派遣军”司令官松井石根于２２日到达马鞍群岛，根据任务和了解的情况制定了作战计划：“（１） 与海军协同，以有力兵团在川沙镇方面，以主力在吴淞附近登陆，击败当面之敌，尔后占领上海及其北面的重要地带，保护帝国居民（实际保护上海这个作战基地）。（２） ２３日黎明起开始登陆，尔后以在川沙镇附近登陆之第１１师团，迅速进入罗店镇，对嘉定进行攻击，并准备尔后向南翔及顾家宅附近前进；在吴淞附近登陆之第３师团应确保吴淞附近，并准备向大场镇附近前进。”企图控制京沪铁路，切断上海与南京的联系，包围上海的中国军队并进行侧背攻击。与此同时，他与海军商定了协同计划：“（１） 海军以主力协同陆军的登陆，以一部在杭州湾及扬子江上游七丫口（上海西北约４５公里）佯攻。（２） 在第３师团登陆时，以海军特别陆战队作为登陆掩护队。”〔４０〕
日军的这两个师团集结于马鞍群岛后，为便于登陆，换乘小型舰艇。第１１师团先遣部队于２３日零时进至川沙镇以北地区强行登陆。当时长江南岸守备区仅有第５６师，而守备川沙口的部队仅有１个连，阻止不住日军的登陆。当天午后日军占领川沙镇，并有一部兵力进至罗店。
日军第３师团第３旅团先遣部队在驱逐舰护卫、引导及大力掩护下，于２３日7时许在吴淞镇南约１５公里的铁路轮渡码头及张华浜强行登陆。守备该处的保安总团及市警察总队虽然进行了英勇的抗击，但无法阻止日军登陆。当日下午，日军占领了江岸至铁路间的滩头阵地。
此时第１８军的第１１、第１４、第６７三个师已先后到达京沪地区： 第１１师在大场镇；第１４师在常熟附近，担任梅李镇、福山间沿江警戒，并受命加强吴福线国防工事；第６７师及军部在苏州、无锡地区。教导总队第２团亦已到沪，第５１师及第６师则正向苏、沪输送。上述各部队均归张治中指挥。此后中国军队的主要作战任务由围攻日海军“上海陆战队”转为抗击在上海登陆的“上海派遣军”。
张治中得悉日陆军登陆情况后当即与陈诚联系，决定对日海军陆战队暂取守势，迅即调动部队反击登陆日军，并将自己的处置电报蒋介石。其具体部署为：“将虹口、杨树浦正面作战之第３６、第８７、第８８师、独立２０旅、保安总团、教导总队第２团各部，归王敬久指挥，派其为淞沪前敌指挥官，命对正面固守原阵地，而以教导总队第２团拒止张华浜之敌。由８７师调一旅支援吴淞，并抽出第９８师，令向宝山、刘行、杨行、罗店之线前进，以该师师长夏楚中指挥该师及１１师，拒止上陆之敌。”各部队按命令行动。１７时，第１１师冒着日机的轰炸进至罗店，发现日军正构筑工事，遂以第３３旅发动攻击。经短时激战，夺占罗店，杀敌百余，俘虏３名，并在日工兵上尉尸体上搜获作战地图，得知此地登陆部队为日军第４３、第４４联队及工兵第１１联队，同时了解到日军的主攻方向为罗店、嘉定及浏河。教导总队第２团因张华浜登陆日军兵力甚多且已占领滩头阵地，无力将其击退，仅能暂时阻止其向西扩展。张治中又由第８８师抽调１个团前进至蕴藻浜南岸设防。
陈诚虽然同意了张治中的部署，但他认为当前的主要威胁是新登陆的日军，而张治中用于抗登陆的兵力过少，不能集中兵力、形成重点，所以他也向蒋介石发出电报，提出自己的部署方案：“为击灭狮子林、川沙登陆并继续围攻淞沪之敌，拟定新部署如左（下）： （１） 淞沪围攻军由张总司令指挥，仍继续进行攻击，同时并在原攻击阵地作固守准备。（２） 第１８军之第１１、第１４、第５６师诸部由职指挥，任沿江已登陆之敌之歼灭。（３） 第１１师、第６７师、第９８师、炮兵第１６团为右翼军，归罗军长卓英指挥，对狮子林、川沙登陆之敌行歼灭战。（４） 第５６师、第１４师为左翼军，归刘军长和鼎指挥，协同右翼军攻击，并任浏河口以西沿江要点守备，阻击敌之登陆。（５） 第６师、第５１师位置于南京、苏州间铁路两侧地区，为总预备队。（６） 职现在苏州部署中。请鉴核。分别电令遵照。”〔４１〕蒋介石同意陈诚的部署，考虑战场范围已经扩大，遂将使用于长江南岸守备的部队编组为第１５集团军，任命陈诚为总司令，与张治中第９集团军分区各自指挥。两集团军作战地域分界线为南翔—蕴藻浜—吴淞镇南端之线，线上属第１５集团军。〔４２〕
８月２４日，日军后续部队继续登陆，一部占领了吴淞炮台和宝山，主力向狮子林方向扩展。与此同时，为加强陆军火力，日参谋本部于本日下令增派独立重炮兵第２、第３大队及独立攻城重炮兵队，配属“上海派遣军”。
王敬久为便于指挥，将淞沪围攻军区分为左、右两翼及两个守备区： 以第８８师及独立第２０旅为右翼军，对虹口方面之敌攻击；以第３６师及第８７师为左翼军，对杨树浦之敌攻击；上海警察总队及保安总团仍任虬江及吴淞地区之守备。当日，张华浜方面的战斗极为激烈。教导总队第２团伤亡甚大，第３６、８７师约调４个团的兵力进行反击，才稳住阵线。突入杨树浦方面进行巷战的各部队为避免遭敌夹击，于当夜撤出，沿租界路口改为防御。
罗卓英于２３日到达太仓，得知罗店战斗情况后决心“以广正面攻击登陆之敌，压迫于江岸而歼灭之”，于２４日６时许，在嘉定司令部下达了作战命令。主要内容为：“（１） 第９８师由杨家行，对杨家行—宝山线（含）以左地区之敌攻击。（２） 第１１师由罗店，对新镇—月浦—狮子林线（含）以左地区之敌攻击。（３） 第６７师为军预备队，并以有力之一部，由罗店、嘉定对罗店—聚源桥—东王庙线（含）以左地区之敌攻击，右与第１１师、左与浏河５６师部队取连络。”当日，第９８师第２９４旅的一部驱逐了立足未稳的少数日军，占领了宝山城；第２９２旅进至月浦、新镇一带，构筑工事。第１１师在罗店以北地区与日军展开激战。
２５日、２６日，第９集团军方面没有大规模的战斗，与日军基本上形成了对峙。第１５集团军方面，２５日仍在罗店以北地区激战。由于日军主力已逐渐在川沙口登陆，陈诚责成第１８军在敌主力立足未稳之际予以歼灭。罗卓英于９时下令：“（１） 第９８师以1团控置宝山及其附近，沿江警戒，主力转对狮子林之敌攻击。（２） 第１１师以一部协助９８师攻击狮子林之敌，以主力扫荡狮子林以西川沙口以东地区之敌。（３） 第１４师霍师长指挥４０旅及第６７师１９９旅（欠３９８团）由浏河方面向川沙之敌攻击。（４） 第６７师（欠１９９旅）攻占陆家村后，即连系１１师、１４师协同进展歼灭该敌。”战斗至２５日晚，第６７师的第２０１旅作战失利，失去联络，罗店情况不明。罗卓英判断罗店为日军攻占。蒋介石得知后，于当夜亲自越级下达命令，指挥第１８军作战。其电令主要内容为：“（１） 今晚必须恢复罗店。占领罗店后，即在罗店附近构野战工事，一面在淑里桥、南长沟、封家村构筑据点工事。（２） 第１１师、第９８师今晚仍照预定目标攻击前进。（３） 第１４师留1团在太仓，1团在福山口构筑工事，主力今夜应向嘉定、罗店前进。（４） 第６１师在大场、杨家行一带赶筑工事。”〔４３〕陈诚将第６１师配属给第１８军。２６日晨接到第８７师报告，知罗店未失，仍在固守。至２６日夜，第１８军在宝山、狮子林炮台、月浦、新镇、罗店、曹王庙、浏河镇一线与敌激战。
由于陈诚已任第１５集团军总司令，直接指挥第１８军等部作战，淞沪战场已形成两个作战集团，而冯玉祥虽名为第三战区司令长官，但因历史原因难以真正指挥淞沪地区的部队。为便于协调及指挥各集团军作战，８月２６日，蒋介石任命顾祝同为第三战区副司令长官，负实际指挥淞沪会战之责。
８月２７日，第９集团军再次调整部署：“将正面兵力区分为三部： （１） 右翼军（指挥官孙元良，８８师，独立第２０旅1团，保安总团1团，警察总队），于北站至沙泾港间原阵地围攻虹口，并以一部任沪西一带及谭子湾至北站间之警戒。（２） 中央军（指挥官宋希濂，３６师，独立２０旅欠1团），于沙泾港东岸塘山路、华德路、引翔港镇北端至虬江口之线，围攻杨树浦之敌。（３） 左翼军〔指挥官王敬久，８７师，６１师（６１师由杭州湾北岸守备区调来，配属第１８军作战，本日第三战区又将其转隶第９集团军。另以第６师之１８旅归罗卓英指挥），保安总团欠1团〕，固守吴淞并围攻张华浜方面之敌，另以一部任虬江口至张华浜间之警戒。”〔４４〕
由于受到中国军队的坚强抗击，日军登陆“作业并不顺利”，直至８月２５日中午，第１１师团及第３师团的第５旅团方登陆完毕。又因遭到第９及第１５集团军的有力反击，日军陷于苦战之中。至２７日夜，日第１１及第３师团均无进展，敌我双方仍在张华浜及罗店以北地区激战。为了加强航空兵的力量，以支援登陆作战，日海军除将刚编成的第２２航空队及第２３航空队使用于上海作战外，８月２７日又以“神威”号舰及第２８驱逐队等编成第３航空战队参加上海作战。在日陆、海、空联合进攻下，８月２８日，日第３师团攻占了殷行，第１１师团攻占了罗店。
罗卓英鉴于２８日战况不利，决心先夺回罗店据点，尔后再全线反击。他于１７时下达战斗命令：“第９８师即派２９２旅，急由新镇向罗店东北地区猛攻敌之侧背，主力集结于长浜站附近待命，对左翼另派游击队；第１１师除以一部守备阵地、抑制当面之敌外，以主力沿罗（店）浏（河）公路向敌正面猛攻；第６７师之４０１团，应于小堂子附近原阵地待机出击；第１４师之两团及６７师之一部，由西向东猛攻罗店，须侧重西北方面。另派有力之一部，由曹王庙攻敌侧背。”〔４５〕是晚各部队因已苦战终日，伤亡惨重，士兵体力疲惫，且部队整顿需时，行动迟缓，加以适逢大雨，道路泥泞，协同动作欠佳，进展不大。第１４师（时已属第５４军序列）于２９日下午抵达嘉定城，兼师长霍揆彰决心以第８３团向罗店西侧进攻，以第７９团迂回至罗店侧背攻取罗店，以师特务营为预备队，师指挥所推进至施相公庙。第８３团从西侧向小河桥猛冲，因无炮兵掩护，伤亡甚大而进展甚微。第７９团进出至罗店西北侧小河边，搭架便桥，其第３营渡河突入至罗店日军清水司令部，获得战利品甚多。但因孤军深入，不敢前进，全营隐蔽于竹林中。适逢陈诚到施相公庙视察，认为指挥所靠敌过近，天明后日军轰炸必将受严重损失，令霍揆彰后撤。霍遂下令停止进攻，指挥所人员返回嘉定城，第８３团撤至出发阵地。第７９团在小河西的2个营奉令后即撤回，但突入罗店的第３营在天明后遭日军包围反击，全营伤亡过半，营长李伯钧亦阵亡。至３０日，第１８军位于宝山、狮子林炮台、月浦、新镇、施相公庙、曹王庙至浏河镇之线。此时，第５１师、第５８师、第５６师等部队已到达常熟、太仓、嘉定一带。
日陆军登陆的同时，日海军也在增兵上海。２９日、３０日，佐世保镇守府第４特别陆战队及各特别陆战队之补充兵员均已到达上海。
由于吴淞镇的中国守军不时以火力袭击出入黄浦江的日舰艇，且对其第３师团形成侧背威胁，“上海派遣军”司令官松井石根决定令第３师团攻击吴淞镇；同时令第１１师团派出一部兵力，由川沙口沿江岸东进，扫荡沿江中国军队各据点，至吴淞与第３师团会合，以打通两师团在陆上的联系。３１日，日第3师团派出第６３联队乘坐舰船，在日海军航空兵及舰炮火力掩护下从江上攻击吴淞镇。中国守军第６１师因准备不充分，稍战即溃。１５时左右，日军占领了吴淞镇。张治中即与顾祝同联系，令集结刘行、广福的第６师增援吴淞、驱逐登陆之敌。蒋介石命独立第２旅与第６１师合并，将第６１师师长杨步飞撤职，任钟松为第６１师师长。日第１１师团派出的浅间支