以第15、第19集团军为左翼军，陈诚任总司令，位于蕴藻浜以北的万桥、罗店、广福地区。
9月中下旬，日军新增调第9、第13、第101师及重藤支队（tái • wān 旅）到上海，加入上海派遣军战斗序列。
10月1日，日海军、航空兵协同地面部队发起新的攻击。北路以第11师指向广福、陈家行；南路集中第3、第9、第13、第101师强渡蕴藻浜，向大场、南翔进攻，守军顽强抗击。
15日，日军突破蕴藻浜，蒋介石急调第21集团军10个师加入中央军序列，以其3个师从大场附近向南路日军反击，另以左翼军4个团在广福南侧向北路日军反击，均未突破日军阵地。
22日，日军集中第3、第13、第101师进攻第21集团军，在庙行和陈家行之间突破守军阵地，26日攻占庙行和大场。
苏州河北岸的中央军腹背受敌，于27日放弃北站、江湾阵地，向苏州河南岸转移。
第88师第524团团副谢晋元率第1营官兵继续坚守苏州河北岸的四行仓库，孤军奋战4昼夜，于31日奉命退入公共租界。
日军大本营10月初决定将侵华战争主要进攻方向从华北转向上海方面，急从华北、东北、国内抽调部队，于20日组建第10集团军援沪。
11月5日，由集团军司令官柳川平助率第6、第18、第114师及国崎支队（第5师第9旅），突然在杭州湾的全公亭、金山卫间登陆，策应上海派遣军实施迂回包围。
当时杭州湾北岸的守军，大部已调去支援上海市区作战，只有第63师的少数部队守备，猝不及防。
日军占领沿海地段后，迅以第6师进攻松江和闵行，以第18师进攻金山和广陈。第三战区急调第62、第79师分别阻击日军第6、第18师，均被击退。
日军6日占金山。7日，上海派遣军和第10集团军奉命合编为华中方面军，由松井石根统一指挥，企图对上海守军迅速达成合围。
战局急转直下，8日蒋介石下令全线撤退。12日，上海失守，战役失败。
11月13日，国民政府发表告全体上海同胞书声明：各地战士，闻义赴难，朝命夕至，其在前线以血肉之躯，筑成壕堑，有死无退，阵地化为灰烬，军心仍坚如铁石，陷阵之勇，死事之烈，实足以昭示民族dú • lì 之精神，奠定中华复兴之基础。
中国军队向吴福、澄锡国防线撤退，江阴保卫战开始；至此国军以60%的精锐部队损失殆尽的代价打破了日军三个月灭亡中国的狂妄叫嚣。
淞沪会战拉下帷幕。