最高当局鉴于东北华北已落入敌手，如果任由日军由北向南一路推进来，主力顺着平汉路，支部顺着津浦路这样打下来，国军就被逼到了东南沿海，面临被敌军围歼的命运。当前只有引导日军由东向西打，依靠战略纵深，用空间换取时间，利用建好的国防线展开梯次防御，粉碎日军3月灭华的野心。
8月13日，中、日两军在上海市区发生小规模冲突。当日晚，国民政府军事委员会将淞沪警备司令部所属部队编为第9集团军，张治中为总司令，并命令该集团军于翌日向日军发动进攻。同时命令空军协同地面作战。
8月14日上午，中国空军首先向停舶在黄浦江上的日军第3舰艇和汇山码头、日海军司令部、公大纱厂等处日军发动攻击，陆军于当日下午向虹口和杨树浦日军发动围攻。
15、16日，中国空军在京沪杭上空共击落日机40余架。
17日，中国海军派出鱼雷快艇驶至上海外滩再次击伤“出云“号。第9集团军从15日起，向日军发起多次围攻，第87师攻占日本海军俱乐部，第88师冲入日本坟山阵地，后受阻。
19日，从西安调来的第36师投入战斗，于21日攻入汇山码头，严重威胁日本海军陆战队。
23日，日军增援部队于在铁路码头和川沙镇以北地区强行登陆。第三战区临时将长江南岸各守备部队编组为第15集团军，由陈诚兼总司令，又抽调3个军予以加强。日军第3师第一梯队在张华浜附近登陆时，遭到张治中部警察总队顽强抵抗。第3师主力登陆后，警察总队不支，撤至南泗塘河西岸据守，张治中组织第87、第36师反击，挫败其进攻，双方于25日隔河对峙。
日军第11师第一梯队23日在川沙口和石洞口地段登陆，时第15集团军刚编成，部队未到指定位置，日军迅即攻占狮子林炮台、月浦和罗店，继分向浏河、宝山进攻。下午陈诚所部先后赶到，第18军协同第54军实施反击，当晚收复罗店，次日收复宝山、狮子林和月浦。25日，日军第11师后续梯队登陆，第15集团军反击受阻。双方于狮子林、月浦、新镇、罗店至浏河口一线形成对峙。
9月1日以第11、第3师各一部从狮子林和吴淞两面夹击宝山。守备宝山的第18军姚子青营击退日军多次进攻，顽强坚守至7日，日军以战车堵击城门，集中海陆空火力轰击，全城燃起烈火，该营官兵全部壮烈牺牲。战至10日，日军将两块登陆场连成一片。第15集团军予敌重大杀伤后，部队严重减员，13日奉命撤出月浦、杨行、新镇等阵地;第9集团军则奉命放弃宁沪铁路(南京-上海)以东的大部地区。至9月17日，中国军队被迫撤至北站、江湾、庙行、罗店、浏河一线，与日军对峙。
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