，重新征召已退出现役的松井石根大将为司令官，下辖第三、第九、第十一师团（欠天谷支队）等部，作战任务为“与海军协同消灭上海附近的敌人，占领上沪及其北面地区的重要地带。”

与此同时，蒋介石下达全国总动员令，将全国临战地区划为5个战区，沪杭地区为第三战区，冯玉祥任司令长官，顾祝同任副司令长官，并任命陈诚为第三战区前敌总指挥。决定以主力集中华东，迅速扫荡淞沪敌海军基地，阻止后续敌军登陆。8月17日，华夏军队再次向虹口、杨树浦方面之敌反击。第八十七师攻占倭寇海军俱乐部，并击退敌多次反扑。第八十八师在八字桥、法学院、虹口公园等处与敌反复争夺。8月19日，华夏军队又一次发起攻势，以从西安到达的宋希濂所属第三十六师加入战斗，与第八十八师、第八十七师一起，经昼夜激战，突破倭寇军阵地全纵深，攻入汇山码头。日军凭借坚固工事顽抗待援，华夏军队进展困难。第三十六师第二一五团第二营300余名官兵攻入华德路十字街口，突入巷内与敌展开白刃格斗，不料被倭寇军以坦克阻塞路口，遭到火力袭击，全部壮烈牺牲。

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在此期间，华夏军队亦与倭寇航空队展开激战，并积极攻击进犯的倭寇陆军和舰艇，击落日机47架，炸沉倭寇巡洋舰1艘，倭寇空军队员阎海文、沈崇诲等壮烈牺牲。

8月18日至20日，倭寇第三、第十一师团先后由倭寇出发，至22日到达上沪以东120公里的海域，换乘小舰艇准备登陆。第三战区鉴于敌登陆威胁增大，遂以第九集团军专负上沪市区之作战，以新编成的第十五集团军（总司令陈诚）负责吴淞镇以下沿江防线的作战。

8月23日晨，倭寇上沪派遣军第三、第十一师团在优势火力掩护下，于川沙河口、狮子林、吴淞一带强行登陆。24日，华夏第十五集团军先后进至上沪，向登陆之敌发起反击。

8月31日拂晓后，倭寇以飞机30余架，并以海军舰炮猛击吴淞，强行登陆；倭寇军另一部由市轮渡码头登陆。华夏守吴淞的第六十一师的一个团，伤亡过半，不支后退；惟吴淞炮台，仍由华夏保安总团固守。张治中将在刘行的第六师调到杨行、吴淞，驱逐登陆之敌。该师于31日夜，向吴淞攻击前进，与敌遭遇于杨行以北地区，发生激战。

9月1日，倭寇1000余人围攻狮子林炮台，守军第九十八师一部与敌反复白刃搏斗，多数牺牲。

9月2日起，倭寇进攻三官堂，并强渡泗塘河，被击退。3日至4日，倭寇连续向三官堂一带进犯。第六师十八旅奋勇阻击，歼敌不少，但该旅伤亡甚众，旅长翁国华和团长朱福星负伤。5日晨，敌分由吴淞、张华浜和沙龙口夹击宝山至三官堂阵地。第六师腹背受敌，各村落都被烧夷，火药局守兵全部牺牲，第十七旅旅长丁友松以下伤亡过半，相持至午，该师退守泗塘河。倭寇越过泗塘河桥向西侵犯，于是，狮子林、吴淞间联系通道被敌打通，而宝山城华夏守军由此陷入重围。

9月5日，倭寇集中30余艘军舰，掩护陆军向宝山发起猛攻，华夏军队顽强抵抗，守卫宝山的第十八军第五八三团第三营500名官兵，在营长姚子青率领下，浴血奋战，击退倭寇数次冲击，奋战2昼夜，多数壮烈牺牲。

9月上旬，由于倭寇不断增兵，战争逐步升级，华夏军队也陆续增援，不断调整部署。9月11日以后，蒋介石撤换了冯玉祥，自兼第三战区司令长官，顾祝同任副司令长官。以陈诚的第十五集团军为左翼作战军，以张治中的第九集团军为中央作战军，以张发奎的第八集团军为右翼作战军。9月21日，再次调整部署，朱绍良任中央作战军总司令兼第九集团军总司令；陈诚任左翼作战军总司令，下辖第十九集团军（总司令薛岳）和第十五集团军