日军轻而易举地占领平津后，决定进一步扩大战争，向中国的金融和工商业中心——上海发动大规模进攻。

“八一三”事变揭开了淞沪战役的序幕。

“八一三”事变前，日军在上海一再寻衅制造事端。 日本内阁会议决定不惜以武力“保护”其上海侨民。并由日本陆军省决定以第三、第十一师团为基干组成上海派遣军，任命松井石根大将为司令官，紧急派往上海。8月9日，日军以其海军陆战队大山勇夫中尉被中国保安队击毙事件为借口，向中方提出交涉。

南京国民政府统帅部为防止日军发动突然进攻，于8月11日电令京沪警备司令张治中率领驻苏、常、锡一带的第八十七师、第八十八师及两个炮兵团秘密进驻上海；第五十五、五十七师及独立第二十五旅，向上海郊区推进。

8月13日上午9时许，日陆战队一个小分队冲进横浜路、宜兴路地段，对中国军队开火。下午4点，再向八字桥，天通庵、宝兴路、宝山路一带进攻，黄浦江上的日军舰也开炮轰击闸北地区。张治中指挥部队奋起还击，遂爆发“八一三”事变。

8月15日，国民政府军事委会委员长蒋介石下达全国总动员令，将淞沪地区划为第3战区，任命冯玉样、顾祝同分任司令长官和副司令长官。该战区指挥的兵力为19个师4个旅，执行“迅速扫荡淞沪敌海军根据地，阻止后续敌军之登陆”任务。

淞沪战役开始，我第八十七师、第八十八师立即对虹口、杨树浦的日军根据地发起猛烈进攻。中国军队英勇作战，迅速夺得八字桥、持志大学、沪江大学等地，攻占五洲公墓、爱国女校及日海军操场等据点，并在21日进至汇山码头，计划在日军增援部队来到之前，一举将日军歼灭。同时，我海军、空军也积极参加对日作战。由中国空军第四大队大队长高志航率领的郑少愚、李桂丹等机群及中国空军第三、第五、第九大队，在杭州、南京等地连续3天的空战中，共击落日机6架，给日本最精锐的鹿屋、木更津航空队以沉重的打击。我空军还配合地面部队轰炸了日军的据点及军舰，炸沉日第三舰队一巡洋舰。8月16日晚，江阴区江防司令部派出一快艇，潜至上海黄埔江，用鱼雷击伤敌旗舰“出云号”。同时，海军还征集船只，堵塞了长江航道。这是 8月13日至22日淞沪战役第一阶段的战况。

从8月23日起淞沪役战进入第二阶段。8月23日，日军上海派遣军第三、第十一两个师团，在吴淞口、狮子林、川沙口等地强行登陆，向我宝山、月浦、罗店、浏河一线发起猛烈进攻。张冶中急令教导总队第二团阻击张华浜之敌，第八十七师一个旅支援吴淞，第九十八师向宝山、浏行、罗店一线前进。此后，战争重点由市区移至上海市北郊。在吴淞镇南张华浜登陆的敌第三师团主力，因连续遭到我守军的抵抗，23日一天只前进了不足两公里；由狮子林、川沙口登陆的敌第十一师团少数人进至罗店附近，也被我军驱逐。这时，陈诚第十五集团军第十一、第十四、第六十七、第九十八等4个师开到上海，担任蕴藻浜以北(不含吴淞镇)至长江边与浏河以东地区的作战。24日，第九十八师一部向进攻吴淞、罗店之敌发动反击，傍晚将敌压至江边，歼敌300余人，解吴淞之围；另一部向占据宝山城立足未稳之敌300多人进行反击，激战一小时，收复宝山。在川沙口登陆的日军第十一师团一部攻向浏河，主力则向南进攻，在舰上及空中火力的支援下，6天仅前进9公里。日军第三师团得到空中和军舰上炮火的直接支援，于8月31日才攻占吴淞镇。9月5日，日军将宝山城重重包围，用舰炮、飞机猛轰猛炸，并以战车攻击。我守军第九十八师第五八三团第三营全体官兵，在营长姚子青指挥下，沉着应战，直至全营壮烈牺牲。由于中国军队顽强抵抗，加上在水网地区作战，日军虽有海军、空军支援，也没法完成迅速占领上海以北的任务，其死亡数目不断增加，至9月9日，敌第三师团已战死589人，伤1539人，第十一师团战死616人，战伤1336人，基本上已无力再发动进攻。

从9月18日开始淞沪会战转入第三阶段。由于进攻失利，日统帅部决定第三次增兵上海。除从华北调出补充兵10个营和野战重炮兵1个营外，还调来台湾旅团和第九、第十三、第一零一师团及配属部队，这就大大加强了攻击能力。中国作战的军队也在增加。除原有的3个集团军外，又陆续增加刘建绪的第十集团军、薛岳的第十九集团军以及廖磊的第二十一集团军。同时，由蒋介石代替冯玉祥担任第三战区司令长官。这一阶段，主要战场在刘(行)罗(店)公路、蕴藻浜、大场及苏州河沿岸。战斗更加激烈，一村一浜，都要经过反复争夺。10月6日，日军强渡蕴藻浜成功，进一步进犯大场。25日大场失守。次日中国军队放弃北站至江湾阵地，撤至苏州河以南。在大撤退中，第八十八师五二四团一营官兵在团副谢晋元和营长杨瑞符率领下，为掩护大军撤退，固守四行仓库4天4夜，击退敌人6次围攻，毙敌 200余人，最后冲出重围，退到公共租界。31日，敌继续强渡苏州河。之后，敌我在该线附近反复争夺近10日之久。

自11月5日至11月中旬淞沪会战进入最后阶段。日本统帅部急于解决上海问题，10月20日，决定第4次增兵上海。首先抽调第六、第十八、第一一四师团、国崎支队、独立山炮第二团、野战重炮兵第六旅团和第一、第二后备步兵团组成第十军，在杭州湾北部登陆，协助上海派遣军作战；又从华北调来第十六师团，从水路进入长江，在常熟县的白茆港登陆。这样，日本在上海方面的作战陆军兵力达到2个军9个师团，比华北战场多出两个师团，战局发展对我军越来越不利。11月5日拂晓，日军第十军3个师团及1个旅团，在飞机掩护下在杭州湾北岸金山卫一带登陆。当时这里仅有中国军队两个连守卫。第三战区指挥部得到日军在金山卫登陆消息，急忙调军队前往阻击，但已无用。日军登陆部队迅速占领松江、枫泾地区，形成对上海两面夹攻之势。11月7日，日军参谋本部下令编组华中方面军，松井石根大将任司令官。国民政府当局于11月9日下令撤出上海。由于撤退命令下达太迟，缺乏准备，撤退情况十分混乱。12日，上海失陷。

在淞沪会战中，日本侵略者4次增兵，先后投入海军陆战队和陆军部队14个半师团兵力，共约28万人，运用军舰三、四十艘，飞机400余架，战车三、四百辆，并狂妄地宣称1个月内占领上海。国民政府投入上海的总兵力约70余万人。参加淞沪会战的中国军队广大官兵发扬爱国主义精神，同仇敌忾，斗志昂扬，以劣势装备和血肉之躯，冒着敌人的现代化装备和陆海空联合作战的强烈炮火，前仆后继，奋力拼搏，毙伤日军4万多人，坚守上海达三个月之久，粉碎了日本帝国主义者速战速决、吞并中国的美梦，其功绩不可磨灭；同时，中国军民在上海的英勇抗战也大大提高了中国军队在国际上的威望。