三 日本陆、海、空军协同，中国反登陆战失利
日军在上海的兵力有限，要持续进攻，必须通过海上的远距离运输，将军队源源不断地送到中国战场。中国海军的军力本极有限，舰艇在战争开始时或被炸沉，或奉令自沉长江，封锁航道，已经没有和日舰进行海上作战的能力；空军能作战的飞机不过180余架，不足以从空中遏制日本运兵舰艇的航行。中国军队所能进行的只有反登陆，在海岸及相关纵深据点布置军队，阻遏日军，但是，中国方面又未予以足够重视，守卫江岸、海岸的兵力都很薄弱。
8月13日夜，日本内阁会议决定出兵。15日，日本政府发表声明：“为讨伐中国之暴戾，以促使南京政府之反省，如今已到了不得不采取断然措施之地步。”同日，日本政府下令，以松井石根大将为司令官，率领第三、第十一师团组成上海派遣军，协助海军，扫荡、歼灭上海附近的中国军队，占领上海。17日，日本阁议决定：“放弃以往所采取之不扩大方针，采取战时态势上所需要之各种准备对策”。22日，日本上海派遣军司令松井石根率第三、第十一师团到达上海东南的马鞍群岛。23日，日军第十一师团在30余艘军舰密集炮火的掩护下，于长江南岸川沙口强行登陆，占领川沙镇，第三师团在吴淞铁路码头登陆，进攻上海北部的吴淞、宝山等地。据中国方面第九集团军司令部作战科长史说回忆：“在23日拂晓以后，日空军开始猛烈轰炸，使我援军不能接近，日海军也以猛烈炮火支援日军登陆。我沿长江岸守备的第五十六师和沿黄埔江口守备的上海市保安总团，兵力薄弱，日陆军登陆成功。”
日军登陆后，中国方面力图阻止敌人向纵深发展。张治中在敌机猛炸下骑自行车赶赴前线，一面任命王敬久为淞沪前敌指挥官，指挥部队固守原阵地，一面抽调第十一师彭善在部、第九十八师夏楚中部北上，拒止登陆之敌。双方在罗店等地激战。中国军队向日军发动数次猛攻，虽有进展，但均未奏效。28日，守卫罗店的中国军队伤亡过半，日军第十一师团占领罗店。31日，日军第三师团攻占吴淞镇。9月1日，日军精锐部队久留米第12师团等三个师团到达上海，实力大增，向中国军队发动全线攻击。9月5日，日军以优势兵力及战车、炮舰、飞机联合进攻，中国第十八军第九十八师姚子青营奋力抗战，激战至第二日，全营官兵壮烈牺牲。蕴藻浜沿河之战，“双方死亡俱奇重，浜水皆赤，所谓流血成河，显系实在景况”。据陈诚报告，该部自8月22日参战，至9月7日，仅第十一、第十四、第六十七、第九十八、第五十六这五个师即伤亡官兵9039名，第六师吴淞一役，即伤亡过半。“大部受敌飞机、大炮轰炸，人枪并毁。”其三十六团第二连，守卫火药库，“死守不退，致全部轰埋土中。”
由于江岸地形有利于日本陆海空军协同作战，日军又源源增援，中国军队为减少损失，只能主动退守。史说回忆说：“日军在长江沿岸及黄埔江沿岸继续登陆，与我军一个点一个点地争夺，往往日军白昼占去，夜间我又夺回。”“在日军舰炮火下，伤亡惨重，往往一个部队，不到几天就伤亡殆尽地换下来了。我亲眼看见教导总队那个团，整整齐齐地上去，下来时，只剩下几付伙食担子。”9月10日，第十五集团军右翼阵地被突破。11日，第九集团军奉命向北站、江湾等地转移。
反登陆战争失利，日军后续部队源源增加。9月11日，自青岛调来的日军天谷支队进入月浦镇。12日，由华北方面军转调的后备步兵十个大队陆续抵达上海战场。14日，自台湾调来的重藤支队登陆。中国军队的处境越来越困难了。
