诘�2团，野战重炮第6旅，第1、第2后备步兵团等部队共约12万人，组成第10军，由柳川平助中将担任司令官，准备实施登陆作战以打开局面。同时命将在华北的中岛今朝吾第16师团转隶上海派遣军序列，淞沪前线日军兵力至此增至27万人。
10月23日，广西的第21集团军全部抵达上海，在南翔集结。
第21集团军是广西桂系李宗仁、白崇禧的部队，号称王牌，广西军队自北伐战争以来即以能打闻名全国，其战斗力不亚于中央嫡系部队。当年蒋桂大战中打败过中央军，在湘江围追堵截红军，凶狠顽强也是人人尽知。集团军司令廖磊，广西人，护法战争时带所部兵大败张敬尧，人称"；廖猛子"；，北伐战争中攻武汉、征南京，36岁即任36军军长。这支生力军的到达，自然会使蒋介石平增了几分胆气，缺兵少将的窘境也大大好转。好钢使在刀刃上，第三战区下令该集团军马不停蹄，衣不卸甲，立即加入蕴藻浜方面作战，归属中央作战军总司令朱绍良指挥。
10月23日，第三战区司令长官部下达了实施反击作战的命令，集中使用广西部队，建立突击集团，采取主动进攻的积极防御策略，以广西部队为主力实施中央突破，把日军压到海里，以此来扭转战局。
广西军队勇悍人所皆知，不讲方法不顾一切，愣头青式地蛮打猛冲，这一招对付武器装备差于己方的红军非常有效，在日本的机械化部队面前却作用不大。桂军冲锋时人人奋勇争先，惟恐落在别人后头，个个挺着身子，没有人利用地形地物，没有人匍匐前进，甚至不弯腰，那场景像是在战场上阅兵，士兵端着刺刀迎向日军的坦克和弹雨。勇则勇矣，毕竟炮火无情，官兵成排成排地被扫倒，其状惨不忍睹。部分部队侥幸突入敌阵，可后续部队上不来，不是肉搏战死，就是被日军炮火全部变成炮灰。
在第21集团军总攻期间，其他方向的各部队也分路发起了反击，多数突击部队的反击均属徒劳无功，有的刚占领阵地又被日军炮火炸回。此次反击作战，是淞沪会战3个多月中惟一一次较大规模的反击战，也是最后一次反击作战，但收效甚微，其对淞沪战场形势的消极影响，是广泛而深刻的。
攻击作战的失利，削弱了中国军队防御作战的力量，遭受严重打击的日军随即反扑过来，以其主力向第21集团军猛攻。
10月28日午后，第18师师长朱耀华因全师覆没而自杀，沉痛殉国。朱耀华师长是淞沪战场上自杀以谢国人的第一人。也是淞沪会战中殉国的中国军队中军衔最高者之一，陆军中将。
在宽广正面的攻防作战中，随着大场的失陷，中日双方军队的战斗重心，转向了苏州河沿岸地区。
战略撤退
就在日军死命强渡苏州河之际，柳川平助率领的新组建的日本第10军做好了大规模登陆杭州湾，抄袭上海地区中国军队侧背的准备。这是淞沪会战中日军第三次大举增兵，第10军主要由从华北抽调的第6、第18、第114师团和国崎支队，第1、第2后备步兵联队，独立山炮第2联队、野战重炮第6旅团等兵力组成，此时日本大本营已意识到上海战争旷日持久对己愈发不利，华北方向不能再作为战略重点，故而决定再次增兵淞沪，开辟另一个战场，并把攻击地点选在杭州湾。之所以选定这里，一来这里中国守军兵力薄弱，二来距离淞沪战场距离适中，可以实施包抄迂回。
11月5日，3000多名日军从杭州湾上岸，第一梯队登陆顺利成功。
敌人从天而降，70万大军登时面临腹背受敌、全军覆没的极度险地，淞沪战场中国军队迎来了最惨淡的噩梦。
当 日本的两路大军从上海这个半岛的根部左右对进迅速合拢的时候，中国70万大军惟一的选择就是撤退，而且只能是撤退。而且越早撤，越从容，后面还有号称"；东方马其诺"；的苏福线和锡澄线作为依托，可以有条不紊地设防阻击。
11月9日，中国最高统帅部和第三战区下达了全线总撤退的命令。
11月9日，67军死守松江乃致全军覆没，43岁的吴克仁军长壮烈殉国为淞沪会战中国军队牺牲之军衔职务最高者。
1937年11月12日，大上海沦陷，轰轰烈烈的淞沪大会战宣告结束，上海市长俞鸿钧发表告市民书，沉痛宣告上海沦陷。血红的膏药旗飘扬在上海的大街小巷，枪炮声逐渐稀疏，鲜血与死亡陪伴了上海3个多月，大上海沦陷了，但中国不会灭亡！
按预定计划，上海我军撤到苏福线和锡澄线要依托这两道屏障阻击日军，配合以南部的乍浦至嘉善的乍嘉线、海盐至嘉兴的海嘉线70公里防线阻击日军，这就是不惜花费巨资，请德国顾问设计，从 1934～1937年苦心经营3年才修成的"；东方马其诺"；防线。
淞沪会战期间，经兵站送往后方的伤员，每天即达上万人。中国军队以25万人伤亡的代价，毙伤日军9万余人，狠狠地打击了侵略者的气焰，粉碎了日本3个月之内灭亡中国的迷梦。并为上海和长江下游工厂与物资内迁赢得了时间，当时英国特派驻上海军事观察家埃文斯。福代斯。卡尔逊写道，淞沪会战足以证明两点：1。中国已下决心为他的独立而战，而且中国军队确有作战的能力；2。日本军队自日俄战争后被世人认为是可怕的军队，这次经中国一打，降到了第三等国的地位。
双方作战序列
第三战区司令长官：蒋介石（兼）
副司令长官 顾祝同
一、左翼军
总司令：陈诚
（1）第15集团军：罗卓英
第4军：吴奇伟
第18军：罗卓英（兼）
第39军：刘和鼎
第44师：萧之楚
第54军：霍揆彰
第73军：王东原
第74军：俞济时
第77师：罗霖
炮兵第16团
（2）第19集团军：薛岳
第2军：李延年
第20军：杨森
第25军：万耀煌
第66军：叶肇
第69军：阮肇昌
第75军：周磊
江防军：总司令刘兴
（3）第15军团：刘兴（兼）
第57军：缪征流
江阴要塞：司令许康
镇江要塞：司令林显扬
江苏省保安队
炮兵第8团
（4）第11军团：上官云相
第33师：冯兴贤
第40师：刘培绪
（5）第12军团：张钫
第43军：郭汝栋
第76师：张钫（兼）
第144师：郭勋祺
第145师：饶国华
第146师：范绍曾
第147师：杨国祯
第148师：陈万仞
炮兵第3团
炮兵第4团
重炮兵第10团
二、中央军
总司令：张治中、朱绍良
（1）第9集团军：朱绍良（兼）、香翰屏
第8军：黄杰
第71军：王敬久，参加"；一。二八"；淞沪抗战，时任第87师副师长。黄埔一期毕业，以善于指挥见长，1930年中原大战时率部队多次打败冯玉祥军队，一举成名。
第72军：孙元良，参加"；一。二八"；淞沪抗战，时任第87师259旅旅长，率部成功击败日军，确保了庙行镇。被当时国际舆论评为"；国军第一次击败日军的战役"；。也是黄埔一期毕业。
第78军：宋希濂，参加"；一。二八"；淞沪抗战，时任第87师261旅旅长，以能攻善战博得"；鹰犬将军"；之名。黄埔一期毕业，参加过围剿红军，打起日本鬼子也好不含糊。
淞沪警备司令部：杨虎
上海保安总队：吉章简
（2）第21集团军：廖磊
第7军： 周祖晃
第48军：韦云淞
第16师：彭松龄
（3）第17军团：胡宗南
第1军：胡宗南（兼）
第19师：李觉
第32师：王修身
三、右翼军
总司令：张发奎
（1）第8集团军：张发奎（兼）
第28军：陶广
第67军：吴克仁
第55师：李崧山
第79师：陈安宝
独立第45旅：张銮基
炮兵第2旅：蔡忠笏
中央军校教导总队：桂永清
（2）第10集团军：刘建绪
第45师：戴民权
第46师：戴嗣夏
第52师：卢兴荣
预备第11师：胡达
新编第34师：顾家齐
独立第37旅：陈德法
暂编第11旅：周燮卿
暂编第12旅：李国钧
暂编第13旅：杨永清
四、空军第1…第9大队
日本方面
中国上海派遣军
司令官：松井石根大将
一、第3师团：藤田进中将
步兵第5旅团：片山理一郎少将
步兵第29旅团：上野勘一郎少将
骑兵第3联队：星上太郎中佐
野炮兵第3联队：武田精一大佐
工兵第3联队：中岛三栖夫大佐
辎重兵第3联队：粟原尚治中佐
二、第11师团：山室宗武中将
步兵第10旅团：天谷直次郎少将
步兵第22旅团：黑岩义胜少将
骑兵第11联队：田边勇中佐
山炮兵第11联队：山内保大佐
工兵第11联队：山内章大佐
辎重兵第11联队：大河原定中佐
三、第9师团：吉住良辅中将 步兵第6旅团：秋山义允少将
步兵第18旅团：井出宣时少将
骑兵第9联队：森吾六大佐
山炮兵第9联队：芹川透大佐
工兵第9联队：野中利贞大佐
辎重兵第9联队：三田村正之助大佐
四、第13师团：荻洲立兵中将
步兵第103旅团：山田栴二少