“虹桥事件”发生的当晚，第三舰队司令官长谷川清便命令在国内待命的第八战队、第一水雷战队、第一航空战队和第一、第二特别陆战队做好出动准备。十一日上午，第三舰队所辖十九艘战舰抵达吴淞口，载来海军陆战队队员两千名。十二日，随着另外五艘战舰的陆续抵达，日军在淞沪地区的军舰猛增到三十一艘，同时还有包括一艘航空母舰在内的九艘军舰停泊在吴淞口外，日军海军陆战队的作战人员激增到九千人以上。
日本海军知道，一旦战争打响，必须得到陆军的协同。十日，日本海军大臣米内光政在内阁会议上正式提出了“动员派遣陆军部队”的要求。陆军大臣杉山无即刻表示同意。第二天，日军参谋本部制订了派兵方案：1、上海方面派遣部队是以第十一师团和第三师团为基干编成一个军；2、青岛方面派遣部队，预定是第十一师团的一部和第十四师团；3、动员规模：兵员约三十万。
八月十一日，蒋介石召集最高国防会议，研究对日作战策略。会议决定对日军实行“先机下手”的策略，趁日军陆军主力集中在华北之际，率先歼灭日本海军在上海地区的陆战队，同时封锁江阴要塞一带最狭窄的长江江面，以阻止日军军舰溯江而上攻击南京，截获停留在南京、九江、武汉、宜昌等各口岸的日军军舰和日本商船。据此，军事委员会当晚发出命令：张治中司令官率第八十七、第八十八两师于今夜向预定之围攻线挺进，准备对淞沪实施围攻作战；位于蚌埠的第五十六师、位于嘉兴的炮兵第二旅的一个团和装备有新式榴弹炮的十团的一个营立即开赴苏州，一并归张治中指挥。十一日夜半，张治中离开苏州，率部向上海全速推进，于天亮前占领了上海市区的预定阵地。中国海军也奉命开始了军事行动。十一日，三艘测量船在两艘炮艇的掩护下，对江阴下游长江航道进行了大规模破坏。并将中国海军八艘舰艇，连同从民间征集的各种货轮商船，共计二十八艘，全部凿沉于江阴江面，用以堵塞长江航道。中国海军老旧的军舰如果用于作战，不是日本海军现代化战舰的对手，大战来临前，或许这是这些军舰最实用的用途。
但是此次行动没有实现截获日军军舰和日本商船的目标----蒋介石的命令尚未传达到部队，宜昌、汉口、九江、南京等长江各口岸的日军军舰和日本商船，已纷纷沿着长江顺流而下，迅速通过了江阴要塞。后经查明，参加最高国防绝密会议的唯一工作人员、汪精卫的机要秘书黄浚是一个日本间谍。被黄浚出卖的中国国防会议绝密内容不仅是封锁江阴水道，更重要的是中国军队准备在淞沪“先机下手”的战略意图以及作战计划。此时的日方对中国军队将要展开的军事行动了如指掌。
十二日，中国在淞沪地区的作战部队奉命进入攻击出发位置。中国军队即将面对的是由司令官长谷川清指挥的日本海军第三舰队，其所属有第十战队、第十一战队、第五水雷战队、第八战队、第一水雷战队，以及上海特别陆战队，下辖五个大队。日本海军第三舰队指挥的海军航空兵有三个战队，有作战飞机130多架。 中国方面参战的是张治中指挥的第九集团军，其主要组成部队是：第八十七师，师长王敬久，辖第二五九旅，第二六一旅；第八十八师，师长孙元良，辖第二六二旅、第二六四旅；第五十六师，师长刘和鼎；独立第二旅，旅长钟松；第五十七师第一六九旅；上海保安总团；上海警察总队；炮兵三团、八团、十团。
一九三七年八月十三日上午，日军海军陆战军第三大队突然越界强占了八字桥，袭击了中国守军第八十八师的步哨，两军随即发生了小规模的步哨战。攻击发动前夕，蒋介石突然命令避免冲突，原因是列强们组成的“上海外交团”建议中国政府把上海设为“不设防城市”。这一建议，让“南京政府不免犹豫了一下”，“故突然命令”张治中先不要进攻。十三日上午日军向八字桥发动的袭击，令张治中心情更加恶劣：先下手的反而是日军了。
史称淞沪抗战为“八一三”战役。实际上，八月十三日并未开战，只是中日两军发生了小规模的军事冲突。但无论如何，这是中日两军在淞沪地区正规部队的正式接战。史称的“八一三淞沪会战”自此爆发。只是，中日双方都没有料到，两军的中国淞沪地区的正式作战，竟然从空战开始。十三日午夜，长谷川清对他指挥的海军航空兵下达了十四日清晨倾巢而出的作战命令。
十三日，日本海军陆战队与中国军队第八十八师小规模的冲突发生后，下午二时，中国空军前敌总指挥周至柔下达了第一号空军作战命令，要求部队在十四日黄昏前做好出动的一切准备。由于得知日军军舰大量聚集吴淞口，并且已经开始炮击上海市区，加之十四日中国军队的地面部队将有大动作，十四日凌晨二时，周至柔又发布了第二号作战命令，先行对日方机场等设施发起攻击。
十四日晨七时，中国空军五架轰炸机成楔形队形，冒着日军密集的地面高射炮火，直扑公大纱厂的日军阵地和军械库，命中目标后全部安全返航。八时四十分，第二大队副大队长孙桐岗率领二十一架诺斯罗普-2E轻型轰炸机，自广德机场起飞，兵分两路轰炸日军的公大机场、汇山码头以及吴淞口海面的日军军舰。九时二十分，第五大队大队长丁纪徐驾驶霍克式驱逐机，携带五百磅炸弹一枚，自扬州机场起飞，沿着长江寻找日舰，在南通附近江面发现日军驱逐舰一艘，俯冲投弹后，日舰舰尾中弹，随即沉没。