蒋介石及其高级幕僚们认为，如果日本人进攻上海，将刺激美国和英国，根据“两害相权取其轻”的战略原则，他们会迅速站到中国的立场上，同时也可利用上海作为国际性大都市的特点，使中国抗击日本侵略的努力迅速传播到全世界，从而有效引起各国的关切与支持。此举既可避免在华北的抗日军事行为被视为“地方性局部冲突”而被国际社会忽略，也能逼迫日本军部调整修改侵华战略部署，让其认清日军必须同时面对相距遥远的南北两个中心，即中、苏两大战场的现实。
鉴于以上原因，蒋介石决定沿沪宁线加速调运军队，以望尽早开辟能有效牵制北方敌军的淞沪抗日战场。
8月9日，日本驻沪海军陆战队的大山勇夫企图进入上海虹桥机场，被驻扎机场附近的中国保安队开枪击毙。第二天日本驻上海总领事为大山勇夫事件去机场道歉，但要求中国立即解散保安队，拆除防御工事，并要求列强国家迫使中国解散已进入上海的部队。
8月13日上午，中国保安队和日本便衣队在上海闸北宝山路发生交火。战斗规模虽小，但持续了一天，下午4点，日本总部命令停泊在长江和黄浦江的海军第三舰队向上海市内的中国目标开火。于是，国民政府借机转换战场，淞沪会战由此拉开了序幕。
8月14日，国民政府发表《自卫抗战声明书》，淞沪抗战就此打响。而与此同时，被胜利冲昏了头脑的日本则放言“皇军三天就可轻松征服上海，三个月就可征服中国”。
为争得战争主动权，以便赶在日本援军到来之前彻底消灭驻沪敌人，国民政府组织淞沪作战部队第九集团军，第一批部队王敬久第87师、孙元良第88师（原为国民政府的警卫部队，是德国顾问训练的样板师，全德国武器装备，为国军精锐）于次日对上海市区的敌人发起全面进攻，同时出动空军，轰炸日海军陆战队司令部及其控制的汇山码头和黄浦江日军舰艇。开始攻击的重点为虹口，其后转向了公大纱厂。
开战之初，中国军队占有绝对优势，除两个精锐师外，还有两个装备德国火炮的重炮团，即炮兵第10团（100毫米加农炮）和炮兵第8团（150毫米榴弹炮），加上坦克、空军助战，以绝对优势压倒了上海日军。
此时，日军在上海的部队仅海军陆战队3000多人，兵力很少，于是急忙从撤侨中动员退役军人，合计约4000余人；日军重武器也明显不足，但其在上海经营多年，依靠坚固工事顽强抵抗，致使中国军队无法达成重大突破。经过数日的苦战，第87师占领了沪江大学，第88师占领了五洲公墓、宝山桥、八字桥等各要点。
随着战事的升级，中日双方在上海，除了地面战场短兵相接外，逐渐发展到了陆、空的立体较量。为此，日本正式成立上海派遣军，决定派出两个师团增援上海。16日，日军海军陆战队渐感不支，退守江湾，以海军陆战队司令部为中心，凭借坚固据点拼死抵抗。中国军队屡攻不克，且造成自身伤亡惨重。
从开战一周来，中国多次出动飞机轰炸日军目标，并与日机爆发激烈空战。中国第4驱逐机大队高志航所部于杭州笕桥机场上空击落敌机6架、击伤多架，首创中日战争史上击落日机的纪录；海军也奉命以商船沉于十六铺封锁黄浦江，防止日舰溯江向上游进攻。
