瀏河戰鬥
淞滬戰局不斷擴大，英美等國深恐危及上海租界及其在華的商業利益，訓令其駐日大使向日本外相芳澤謙吉發出警告，反對日軍以公共租界作為作戰基地。2月16日，國聯12個理事國向日本代表發出通牒，要求日本尊重會員國的領土完整等條款。20日，國聯理事會接受中國代表的要求，決定將中日衝突問題提交國聯全體大會討論，預定3月3日開會。日本第9師團在上海失敗後，日本參謀本部和陸軍省認為，如在淞滬拖延下去，勢必招致國外反對，中國國民政府也會調來中央嫡係軍隊參戰，內外局勢有惡化的可能。2月23日，日本內閣召開會議，通過了陸相荒木的提議，決定調遣第11、第14兩個師團前往上海參戰，組成上海派遣軍司令部，以白川義則大將為司令官，並決定了五條原則：一、最大限度派遣兩個師團；二、盡量避免引起中日(全麵)戰爭；三、戰場盡量限於上海附近；四、采取迅速之方法解決上海事件；五、增兵一事不準發布消息。其意圖顯然是搶先在國聯開會和中國各路援軍到達上海之前打垮中國守軍，以改變當前的被動局麵。為了掩蓋其增兵行動，日本又一次玩弄緩兵之計：假意接受英艦隊司令克萊的調停，派野村吉三郎和首相代表鬆岡洋右與中國代表第19路軍參謀長黃強和顧維鈞在英艦“甘特”號上會談；但對中國代表提出的合理建議，則以“等待東京訓令”為借口，要求於3月2日傍晚再答複。
白川義則和第11師團長厚東篤太郎中將於2月29日首先率領第11師團的先遣兵團乘“妙高”號巡洋艦，在第4戰隊和第2水雷戰隊護航下到達長江口。白川在聽取了原在上海的軍參謀長田代皖一郎少將的情況報告後，於當日上午10時下達了總攻上海的作戰命令。其兵力部署和進攻方向為：第9師團奪取張家橋、夏馬灣線；第11師團在七丫口附近登陸，然後盡快襲擊、占領瀏河鎮，並準備向大場鎮、真茹鎮進攻；海軍第3戰隊及海軍飛機配合陸軍作戰。
日軍大規模的增援活動引起國民政府軍事當局的極大恐慌，於是急忙從豫、鄂、贛等省增調徐庭瑤第4師、趙觀濤第6師、唐雲山獨立第33旅，抽調姚永安、李法銘、孔慶桂、紀毓魯和項致莊等山炮、重炮各旅、團，又抽選受過訓練的士兵5000餘名，分給第19路軍和第5軍補充空額。2月26日，調第47師的1個團開赴前線，歸蔣光鼐指揮；又以該師2個團守鎮江、1個團守京口，歸憲兵總司令穀正倫指揮。
3月1日6時30分，日軍對淞滬地區發起全線攻擊。首先以飛機、大炮向中國守軍陣地進行了連續三個半小時的火力準備，然後以坦克、裝甲車掩護步兵攻擊。守軍沉著應戰，給以殺傷，但因抽調部分兵力馳援瀏河方麵，所留兵力薄弱，雖頑強抵抗，戰線仍不斷被敵軍突破。日軍第9師團左翼隊於午前攻入廣東義地、麥家宅、陸家宅一線，到下午2時又進占了談家宅、嶺南橋和楊家樓東側一線。日軍右翼隊發起攻擊後，受到守軍嚴重殺傷，到下午也先後占領了竹園墩及廣東義地兩側地區，並進入周家宅、四車頭一線。日軍中央隊占領了二十三園北部。日軍混成第24旅團下午占領了戴家宅，並進入張家橋、朱家橋西端一線。第19路軍、第5軍在整個戰線上頑強奮戰，與敵呈膠著狀態。日軍於下午5時停止進攻，調整部署，準備夜間進攻。
日軍在向中國守軍正麵進攻的同時，以第11師團先遣部隊於3月1日晨6時在中國守軍的側背七丫口登陸。中國守軍在沿長江七丫口、楊林口、瀏河新鎮及小川沙一帶數十裏的警戒線上隻有教導總隊1個營和少數義勇軍守備，兵力不敷分配。在登陸敵人強大炮火和步兵攻擊下，守軍以少敵多，頑強抵抗，但終因寡不敵眾，致使日軍登陸成功。日軍接著向瀏河鎮攻擊，其右翼隊先頭部隊於下午進抵茜涇營北端。第5軍急派第87師第261旅增援瀏河。當該旅1個營到達茜涇營南門附近時受到已占領茜涇營日軍的射擊，雙方立即交戰，並進行肉搏。到下午6時，該旅另一營始到瀏河，但由於兵力薄弱，增援距離又遠，瀏河危急。
麵對危局，第19路軍和第5軍無兵增援瀏河。大批日軍占領瀏河，守軍側後方受到威脅。不得已，蔣光鼐於3月1日２１時在南翔總部下達了全線撤退的命令，命令部隊於3月1日２３時向黃渡、方泰鎮、嘉定、太倉之線撤退，待機轉移攻勢；右翼軍主力向黃渡、方泰鎮之線撤退，以一部先占領真茹、大場，逐次向江橋鎮、南翔、廣福南端進入陣地；左翼軍派一部在胡家莊、楊家行占領、收容陣地，主力向嘉定、太倉之線撤退，以嘉定城、太倉城為據點，派出一部於羅店及瀏河附近對敵警戒。
第19路軍的撤退是主動的有計劃的行動，是向新防禦地線的轉移，始終保持著戰鬥的韌性。正如美國記者埃德加·斯諾所說：“出乎許多人意料之外，這次撤退並不是潰敗。……和我談過話的外國軍事觀察家全部稱讚蔡將軍指揮這一有秩序的戰略撤退很能幹，在戰術上也很正確。在所有能移動的大炮都撤走以後，部隊才撤出前線。幾乎沒有發生搶劫和混亂。撤退進行得這樣安靜，掩護得這樣巧妙，閘北的日本海軍到天亮才發現敵人已經離開，他們整夜炮轟的已是空的戰壕和工事。”
日軍對淞滬及其附近地區的攻占引起了國民黨當局極大的震驚和恐慌。3月1日至6日，國民黨四屆二中全會在洛陽召開。汪精衛在開幕詞中宣布：“現在中國已處在軍事時期了……要有極大的抵抗決心，運用整個民族的力量來奮鬥。”全會發表宣言稱：“方今之急，首曰禦侮。”在秘密通過的《施政方針案》中規定：全國軍隊應以國防為主目的，以“剿匪”為副目的，同時當積極改進，務適於國防之用。國民政府在“攘外”的政策上被迫有所改變。
日軍發現守軍全線撤退後，於3月2日10時下達追擊命令。3日，日軍一方麵發出停戰令，一麵繼續對中國軍隊追擊，以爭取談判桌上的主動權。其部署如下：
(一)南翔方麵，第9師團；
(二)嘉定方麵，第11師團；
(三)真茹方麵，混成第24旅團；