蔣介石堅守上海的態度一直很堅決，他曾表示，在上海堅守3個月。11月初，當日本政府加強軍事壓力的同時，提出和談條件，蔣介石予以拒絕。他表示，如果和談，必須恢複到戰前態勢。不然，國民政府會被輿論浪潮所淹沒。
日軍發動侵華戰爭，其基本指導思想是速戰速決。但淞滬會戰延續近3個月，日軍屢次增加兵力，尚未能從根本上改變會戰態勢，這顯然同日軍速戰速決的戰略指導思想不相符。
日本參謀本部認為，“目前刻不容緩是迅速結束上海戰役”。為此，日軍統帥部於10月9日決定，繼續增加兵力，迅速結束上海戰役。
日軍這次增加兵力有兩個顯著變化：一是數量上的變化，二是戰術上的變化。特別是後者，對淞滬會戰結局產生了重要影響。
在增兵數量上，日軍參謀本部於10月20日決定，抽調第6、第18、第114師團，國崎支隊、獨立山炮第2團、野戰重炮第6旅、第1、第2後備步兵團等部隊，組成第10集團軍，協同上海派遣軍作戰，任命柳川平助中將擔任上海派遣軍司令官。
與此同時，從華北抽調第16師團等部隊前往華東，編入上海派遣軍序列，參加上海戰役。通過這次大規模增兵，日軍參加上海戰役的總兵力已達到僅陸軍就2個集團軍，9個師團和陸軍特種兵共30多萬人。同時調集日本3/5的海軍、70%以上的空軍部隊，進行有力配合。
在戰術運用上，日軍改變前幾次在上海正麵登陸的用兵方法，選擇在上海南側的杭州灣登陸，一旦登陸成功，就可以從側背攻擊防守上海的中國軍隊。
杭州灣是浙江最大的港灣，錢塘江從杭州灣入海，河口呈喇叭口，潮汐顯著，錢塘江潮是一大奇景，世界聞名。杭州灣海岸平直，近岸有10米以上的深水。海鹽到乍浦之間海岸，可容納1個師的部隊登陸；全公亭至金山衛地區，可以容納3個師登陸，上岸後道路開闊，公路交叉，滬杭甬鐵路直通上海，是上海地區350公裏海岸線上最良好的登陸地域。一旦登陸成功，切斷滬杭甬鐵路，就形成南北合圍之勢，對中國守軍威脅極大。
杭州灣的登陸地形以及對上海防禦的威脅，中國一些高級將領早意識到了。會戰之初，設置了杭州灣北岸守備區，第三戰區調張發奎任總司令的第8集團軍4個師1個旅，擔任杭州灣北岸守備任務，其基本任務就是防止杭州灣登陸。
淞滬會戰爆發後，上海方向的戰鬥越來越激烈，中國守軍兵力越來越顯得不足，而杭州灣北岸守備區的數萬部隊卻隻聞槍聲，不見鬼子。於是這些滿腔抗日熱情的官兵們，紛紛要求到第一線打鬼子。第三戰區的指揮官，也把杭州灣北岸部隊當作預備隊看待，一批一批急調上海戰場。
於是，一個致命的隱患出現了，守備從全公亭到乍浦這一段，長達數十公裏海岸線的中國軍隊，隻有第62師一部兵力和少數地方武裝。這對於裝備先進的日軍登陸部隊幾乎構不成威脅。
11月5日拂曉，日本海軍艦炮齊鳴，對金山衛附近地域轟擊了幾個小時。緊接著，航空兵火力掩護第一梯隊2個師團，在全公亭、金絲娘橋、金山衛、金山咀等地段登陸。
抗擊數萬登陸日軍的國軍，隻有第32軍63師的兩個連。日軍如入沒有設防的登陸場，3000多名日軍從全公亭地域迅速登陸，第一梯隊登陸成功。
蔣介石得到日軍在杭州灣登陸，大吃一驚，立即詢問陳誠。陳誠聽這個消息也大吃一驚，建議立即調整部署。蔣一麵要求陳誠必須再堅守3天，一麵命令就近的62師、獨立第45旅、第79師前往阻擊，命令部署在清浦的第67軍，迅速推進到淞江。但是，各部隊由於通信、交通等方麵原因，不能迅速趕到指定地點，如期進行反擊。
成功登陸的日軍占領灘頭陣地後，迅速向縱深推進，後續部隊在海空軍配合下，源源不斷湧上岸來。
日軍登陸成功後的當天，第18師團部分兵力急速向滬杭鐵路前進，該師團主力和第6師團向淞江進攻。當天晚上，日軍進到金山縣城，亭林鎮一線地域。
11月6日傍晚，從杭州灣登陸的日軍渡過黃浦江，主力向淞江前進，對上海中國守軍構成了重大威脅。第三戰區指揮部命令第62師向亭林鎮反擊，命令第79師向金山反擊，第8集團軍副總司令組織第62、第107、第108、第26、第79師等，堅決守住黃浦江上的各個主要渡口，鞏固淞江地區防禦，阻止日軍的進攻勢頭。
第67軍在淞江縣城與日軍激戰3天3夜，擊退了日軍組織的多次進攻，完成了“死守三日”的任務後，向昆山突圍。第67軍在突圍時，中將軍長吳克仁親臨前線指揮，不幸以身殉國。犧牲時年僅43歲。
日軍第10集團軍憑借強大的兵力兵器，在杭州灣登陸成功後，連續突破中國守軍防線，迅速北上，8日拂曉，其主力渡過黃浦江。
11月9日，日軍主力占領淞江城，戰場形勢對中國軍隊越來越不利。為爭取主動，副總參謀長白崇禧和陳誠向蔣介石建議，中國軍隊應該果斷撤出上海，向第二道防線轉移，然後在第二、第三道防線上抗擊日軍，消耗日軍。
蔣介石經過思考，認為白崇禧等人提出的這一建議可行。於是果斷下令淞滬戰場前線部隊撤退到吳縣至福山一線防禦。
11月12日，上海市區淪陷。
淞滬會戰，以中國貧窮落後之基礎，與數十萬現代化的日本軍隊相抗衡，中國軍隊堅持了3個月，而且還能夠有計劃的撤退。淞滬會戰日軍傷亡9萬餘人，沉重地打擊了日軍的侵略氣焰，打破了日軍鼓吹3個月滅亡中國的叫囂。
這次會戰，不僅為大量工廠設備及其物資運往內地爭取了時間，創造了條件，而且造成了良好的國際影響。
英國倫敦《泰晤士報》評論說：“日本尚未獲得其摧毀中國軍隊之主要目的，即此次兩軍作戰，華方傷亡之故慘重，但10周之英勇抵抗，已是造成中國堪稱軍事國家之榮譽，此乃前所未聞者。須知若幹華軍器械尤未充分，但一般所認為不能保持一日之陣地，彼竟守至10周之久，此種奇跡，自屬難能可貴，上海一隅之抵抗，對於整個中國均有極大影響雲。”
當然，中國為此付出了沉重的代價，國軍死傷近25萬人。日本侵略軍侵占上海後，焚燒、屠殺、奸X、擄掠，無惡不作。由於日軍到處放火，上海的大火燒了半個多月，綿延數公裏。廣德縣城燒得隻剩下一座寶塔和一個教堂裏的十字架。
淞滬會戰，對於日本來說應該是一場災難，使得日本速戰速決成為夢想。而近10萬日軍傷亡，也成為近代以來最大犧牲。日本為打贏這次會戰，動員了幾乎全部的戰略空軍和70%的海軍，這是日本法西斯集團所沒有想到的。
那麼，日軍攻占上海後，下一步將向何處進攻呢？