原驻守上海的中国军队第三十六师，与正在淞沪地区血战的第八十八师是“姐妹师”，都是由原国民政府警卫部队改编而成。抵达淞沪战场后，第三十六师的攻击位置在第八十七师与第八十八师之间的天宝路一线。令宋希濂师长没有想到的是，攻击刚刚开始，部队就出现了巨大伤亡。二一五团二营一度攻入华德路十字路口，并在街巷内与日军展开了肉搏战。日军用坦克阻塞住路口，集中火力猛烈射击，二营三百多名官兵全部阵亡。担任攻击汇山码头任务的是二一二团和二一六团。自二十日开始，二一二团和二一六团逐屋争夺，顽强推进，致攻守双方伤亡都很大。
当中国军队终于逼近汇山码头时，日军支撑不住了，争相向外白渡桥方向逃跑，然后纷纷向桥南的英军投降。抵近码头的中国官兵无法摧毁坚固的铁栅栏门，胡家骥团长冒着弹雨率先往铁门上爬，士兵们在他的身后跟进。但日军侧射火力猛烈，第三十六师部队终因伤亡太大，加上预定协同作战的第九十八师迟迟未到，最终被迫退回。
淞沪战事至此，已容不得任何犹豫不决。但是，在中国的军政高层内部，对于是否应该开辟淞沪战场，是否应该在淞沪战场继续打下去，各方的意见竟然未能完全统一。 陈诚认为：目前必须扩大上海的战事以分散日军的兵力。陈诚建议：“若打，须向上海增兵。”当日，国民政府军事委员会任命陈诚为第三战区前敌总指挥兼第十五集团军总司令，立即赶赴淞沪战场指挥作战。同时，下达了增调部队赴沪参战的命令。
几乎是同一时间，日军上海派遣军司令官松井石根也制订了增援上海的作战计划。日军的作战目标是：从登陆地南下，控制沪宁铁路，切断上海与南京的交通，对上海市区内的中国军队形成包围之势，然后从侧背发起攻击歼灭中国军队。松井石根要求海军主力在距上海西北四十五公里的杭州湾以及扬子江上游发动佯攻，以掩护陆军登陆；还特别要求在第三师团登陆时，海军特别陆战队为掩护部队。
登陆日军遭到了中国空军的攻击。日军海军第三舰队的舰载机很快升空拦截中国战机，中国战机除了少量的轰炸机外，大部分是载弹量很小的驱逐机和侦察机，最终没能对日军的大规模登陆形成根本的威胁。日军第三师团的登陆先遣部队在驱逐舰舰炮火力的掩护下，于凌晨三时在吴淞镇南约三华里的铁路轮渡码头以及吴淞镇正南方向的张华浜强行登陆。登陆后的日军先遣队很快突破至军功路一线，试图为后续部队建立起巩固的滩头阵地。中国军队教导总队二团在日军猛烈的舰炮轰击中，在日军登陆先遣队的轻重机枪构成的火网中，强行连续发起反击，双方都出现了严重伤亡。
日军顺利登陆后不顾一切地迅速扩展，中国军队数次反击，但罗店和宝山还是在短时间内相继失守。宝山位于黄浦江江口，如上海之门的钥匙；而罗店在淞沪的侧背，日军占领罗店后就可沿浏沪公路向南直接攻击大场和嘉定，中国军队重要的后方联络线沪宁铁路也将受到严重威胁。张治中建议对上海市区内的日军采取防御态势，集中兵力阻截歼灭登陆的日军。陈诚表示同意。此时，中国军队在淞沪战场实际上已经形成了两个作战集团，即张治中的第九集团军和陈诚的第十五集团军。其基本分工是：张治中所部继续与上海市区的日军海军陆战军对峙，陈诚所部全力抗击日军增援而来的登陆部队。
张治中抽调两个师迎敌，才把已经失去的罗店收复。 由于罗店是双方都必须保持的战场支撑点，登陆后的日军立即对罗店实施了反攻，争夺与反争夺的战斗演变成惨烈的拉锯战。二十七日，日军第二十二、第二十三、第三航空队都参加了对罗店的轰炸。至二十八日，罗店被日军第十一师团攻占。二十九日晚，中国军队第十四师的两个团再次对罗店进行攻击，但三十日天亮后，攻击不但没有成功而自身伤亡巨大。
三十一日，在炮艇的支援下，日军第三师团第六十三联队开始攻击吴淞镇。九月三日，日军海军增援部队抵达战场。五日，日军海军宣布，彻底封锁中国的东南海岸，切断中国上海与外界的一切联系。六日夜，罗卓英再次下达了攻击罗店的命令。中国军队四个师联合顽强攻击，扫清了罗店外围日军的热点。可是，正准备发起总攻的时候，得到了日军已经打通吴淞子与狮子林之间的交通，日军陆海军增援部队已经抵达并攻占宝山的消息。这样的战场态势于中国军队十分利不利，对罗店的攻击随即停止。
此时的中国军队第九十八师，全师伤亡人数已近五千，其中各级军官伤亡两百人以上。日军在付出巨大伤亡代价后缓慢推进。十一日，月浦进入巷战状态，血战后中国守军由于伤亡过大撤离阵地，日军由此推进到了宝山、狮子林、川沙口一线，两军于黄浦江岸的几处要地形成对峙。