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蒋介石后来反省“绪战第一星期不能用全力消灭沪上敌军”，认为主要原因是“何应钦未将所有巷战及攻击武器发给使用，待余想到战车与平射炮，催促使用，则已过其时，敌正式陆军已在虬江码头与吴淞登陆矣”。平心而论，蒋的反省有些避重就轻，实际上国军坦克、战防炮投入战斗的时间并不算晚，何应钦在这一问题上似乎无须承担太多责任。德国军事顾问的分析显得较为冷静到位：“中国军事最高当局缺乏果断，奇袭无法在一次达到，不能对日本所控制的地区做一次全面性的攻击，将会留下时间，使日军加强抵抗的能力。事实证明，对付依赖强固防御工事需要逐屋与逐街战斗的敌人，南京最初所训练出与加入战场最好的师，显然尚嫌不够。要越过排排的房屋及一条条的横街，战斗力即已不足，也不占优势。”
1937年8月14日，国民革命军第三战区司令冯玉祥（右）和淞沪警备司令张治中（左）在淞沪会战前线
1937年8月18日深夜，陈诚、熊式辉连夜乘车返回南京报告淞沪战情。熊式辉先开口：“我们应商定如何一致报告委员长？”陈诚不加思索：“各就所见报告，可使委员长多得一份参考，似可不必一致。”翌日，熊式辉建言蒋介石“不能打”。陈诚意见相反。蒋介石态度坚决：“打！打！一定打！”陈诚很兴奋：“若打，须向上海增兵。”
其实援沪大军已在路上。陈诚的基本部队第18军，下辖第11、第14、第67师，属于国军第一批调整师，步枪、轻机枪、重机枪、迫击炮等武器装备相对充实。8月初，第18军动员参加保定方面作战，先头列车北上越过郑州时，军长罗卓英突然接到蒋介石电令：“原车南下，开苏州待命。”22日，各部先后到达淞沪战场。第14师特务连长刘鼎汉感慨万千：“火车运兵沿途，百姓夹道欢送，舞龙舞狮，奉茶送水，且有热血青年从军，我连原系一百二十余人，及至苏州，已添至一百五十人矣。”
头戴M35钢盔，行军中的黄埔军校师生
东京也在忙于调兵遣将，第3、第11师团等部组成“上海派遣军”，任命松井石根为司令官，“以一个精锐兵团在浏河镇方面登陆，以主力在吴淞方面登陆，击败当面之敌人，尔后占领上海及其北面的重要地带”。8月23日，第11师团率先登陆川沙镇，沿江守军一个连哪里抵挡得住，沪北交通枢纽罗店镇轻易失守。第3师团后续登陆吴淞镇、张华浜，上海保安总团及警察总队节节败退。张治中急调第98师和教导总队第2团、第87师一部反击登陆之敌。陈诚认为兵力过少，难以形成重点，主动请缨第18军诸部“任沿江已登陆之敌之歼灭”。蒋介石完全同意，蕴藻浜以北统归第15集团军总司令陈诚指挥，自信“敌占宝山不过多增一部分，一地区之敌，以后仍以张攻虹口，陈攻宝山，无关大局”。
凭借舰炮掩护和空中优势，日军的两个师团登陆首日仅仅死伤四十余人，损失相当轻微。国军精锐第18军的全线投入，战场情势顿时发生变化，第11师冒着敌机轰炸勇猛前进，立刻以第33旅发动攻击，一举夺回罗店。25日，松井石根日记显示日军伤亡数字急剧攀升。毫无疑问，国军损失更大，日军反扑罗店，第67师拼死力战，师长李树森负伤，旅长蔡炳炎、团长李维藩同日阵亡。第14师星夜增援，不料罗店西侧横隔着一条小河，河面上的一座桥早已被日军轻重机枪火力封锁，“第83团虽数度向这座桥发起冲击，但因缺乏战斗经验，加之山炮营尚未到达，无炮兵支援，几百名士兵在桥头壮烈牺牲，进攻受挫”。
蒋介石继续增派嫡系部队。8月29日，第51师布置就绪，接替第11师再攻罗店，为试探日军虚实，师长王耀武组织精干力量夜袭罗店，乘敌不备，打开一个约200米的缺口。“我以机动且战且退，把追击我突击队之敌，引诱到我阵地前二百公尺地带，我发出红色讯号，整个阵地守兵，发出最威猛最炽盛火力，歼灭暴露在我阵地前之敌”。德国军事总顾问法肯豪森提醒蒋介石：“目前最要害地点，莫如罗店。宜绝对在该处阻止敌人，使不能犯刘行，更不能趋嘉定。稳固由南翔经嘉定—太仓之连络，极关重要。”9月6日，第18军第四次总攻罗店，正拟由敌后侧背席卷歼灭之际，忽闻宝山城失守，为了避免腹背受敌，罗卓英忍痛转移兵力。
1937年10月2日，淞沪会战，上海罗店镇附近，沿着水沟前进的日军侦察骑兵
宝山县城位于吴淞之北，紧靠长江，实乃第15集团军扫荡登陆日军的右翼据点。8月23日，日军第11师团袭占宝山。罗卓英试图利用夜色笼罩，“以广正面攻击登陆之敌”，指定第98师负责“杨行、宝山之线以左地区”。原本计划24日晚上发起攻势，师长夏楚中鉴于吴淞、宝山之敌严重威胁侧背，断然决定提前展开行动，成功克复宝山，强力推进至月浦、新镇一带。日军参谋本部派员至上海战地视察，第三科部员西村敏雄坦言：“敌人的抵抗实在顽强，无论是被炮击还是被包围，绝不后退，派遣军后方接济不上，两个师团陷于严重的苦战中。”29日，第3师团第6联队联队长仓永辰治被中国军队击毙。
胡宗南第1军是在宝山陷落前接到参战命令的，先用火车输送至昆山、南翔，然后选择空袭间隙进入刘行、杨行。第1军下辖第1、第78师，接防后士气旺盛，作战顽强，对敌人寸土必争，每屋苦战，打了一个星期，始终守住阵地。9月11日，日军艰难突破杨行。第78师参谋长吴允周一辈子难忘淞沪战场之惨烈：“我们两个师守了近两周，由于伤亡太大，友军不断地一个师一个师地增援，以填补阵地空隙。日军总是先派飞机来回侦察，然后机翼摇两下，瞬间一阵敌舰炮弹像狂风暴雨似地落在我们阵地上，有些官兵被尘土翻起活埋在内，死伤枕藉，惨不忍睹。”
眼看形势岌岌可危，陈诚建议相机转移阵地，保存战力。蒋介石最初核准，转而心有不甘，“若不支撑到底，何以慑服倭寇”，电话陈诚转告各部：“众志成城，努力构筑罗店至刘行之工事，不得轻退一步，欧战时法军最后决心不退，终能战胜德国。”于是又苦撑至9月下旬，第1师第4团团长李友梅、第2团团长杨杰相继阵亡，营长以下官兵伤亡80%。第78师情形类似，老营长仅存严映皋一人。陈诚再向蒋介石报告前线种种不堪，终于获准退守广福、蕴藻浜一线。淞沪会战自此进入守势阶段，胡宗南后来写信给挚友戴笠，直言“黄埔部队多已打完”。
