８月１８日至２０日，日軍第３、第１１師先後由日本出發，至２２日到達上海以東１２０公里的海域，換乘小艦艇準備登陸。第３戰區鋻於敵登陸威脅增大，遂以第９集團軍專負上海市區之作戰，以新編成的第１５集團軍（總司令陳誠）負責吳淞鎮以下沿江防線的作戰。

　　８月２３日晨，日軍上海派遣軍第３、第１１師在優勢火力掩護下，于川沙河口、獅子林、吳淞一帶強行登陸。２４日，中國第１５集團軍先後進至上海，向登陸之敵發起反擊。９月１日，日軍１０００余人圍攻獅子林炮臺，第９８師一部與敵反復白刃搏鬥，多數犧牲。９月５日，日軍集中３０余艘軍艦，掩護陸軍向寶山發起猛攻，中國軍隊頑強抵抗，守衛寶山的第１８軍第５８３團第３營５００名官兵，在營長姚子青率領下，浴血奮戰，擊退日軍數次衝擊，奮戰２晝夜，多數壯烈犧牲。

　　９月上旬，由於日軍不斷增兵，戰爭逐步升級，中國軍隊也陸續增援，不斷調整部署。９月１１日以後，蔣介石自兼第３戰區司令長官，顧祝同任副司令長官。以陳誠的第１５集團軍為左翼作戰軍，以張治中的第９集團軍為中央作戰軍，以張發奎的第８集團軍為右翼作戰軍。９月２１日，再次調整部署，朱紹良任中央作戰軍總司令兼第９集團軍總司令；陳誠任左翼作戰軍總司令，下轄第１９集團軍（薛岳為總司令）和第１５集團軍（羅卓英為總司令）；張發奎任右翼作戰軍總司令，下轄第８集團軍（張發奎兼總司令）和第１０集團軍（劉建緒為總司令）。

　　９月下旬至１０月初，日軍第１０１、第９、第１３師等增援部隊陸續在上海登陸，加入上海派遣軍之作戰。至此，日軍總兵力達２０萬人。儘管日軍在武器裝備上佔有很大優勢，但至１１月初仍未能獲得決定性勝利，卻付出了重大代價。日本統帥部急於在上海方面取得預期戰果，決心採取新的措施。１１月５日拂曉，日軍利用大霧、大潮在杭州灣的全公亭、金山咀登陸，對淞滬實施迂迴包圍。中國右翼軍部分沿海守備部隊已抽調支援市區作戰，猝不及防，陣地相繼失守，戰局急轉直下。日軍第１０集團軍于１１月６日佔領金山，力圖與上海派遣軍達成合圍。蔣介石被迫於１１月８日下令全線撤退，日軍于１１月９日佔淞江、１１月１２日佔上海。至此，戰役結束。

　　淞滬會戰從１９３７年８月１３日開始，至１１月１２日結束，歷時３個月。日軍投入１０個師２８萬人的兵力，動用軍艦３０余艘、飛機５００余架、坦克３００余輛；中國投入７０余個師的兵力，動用艦艇４０艘、飛機２５０架。中國官兵同仇敵愾，鬥志昂揚，以劣勢裝備與敵人拚搏，斃傷日軍４萬多人，粉碎了日本帝國主義速戰速決的迷夢。

　　淞滬會戰期間，上海人民以各種方式積極參加抗戰，支援前線。各界群眾都組織了救亡協會。文藝界救亡協會、學生界救亡協會、上海市紗廠工友救亡協會等團體，都開展了宣傳、募捐、演出、慰勞等活動。全國各界民眾積極支援上海抗戰。湖南學生戰地服務團和福建省民眾組織的慰問團，都到前線進行慰勞。海外華僑踴躍捐獻，支援祖國抗戰，到１０月１６日，捐款已達３３０余萬元。

　　中國共産黨領導的抗日武裝挺進敵後，也從戰略上配合了淞滬抗戰。

　　因此，淞滬會戰，是中國全民族的抗戰。