日本当时执行的是参谋本部参谋次长石原莞尔制定的《国防国策大纲》。提出的假想敌顺序是美、苏。
首先对苏联已经放弃了进攻战略，取而代之以“完成了军备的充实和持久战的准备后，首先开始积极工作以尽快迫使苏联放弃进攻远东的图谋”的字眼。
就是说在以武力为后盾的情况下与苏联谈判，不与其交恶。
对美国则是“努力与美国保持亲善关系”，因为石原知道日本和满洲都有丰富的煤铁资源，可是缺少最重要的战略资源：石油和橡胶。只要不和英美翻脸，石原认为英美会默认“满洲国”的存在。
因为有一个日本人控制的满洲，正好为英美消除了共产主义南下的忧虑。
对华战略则是“做好稳固日满和北支（华北），完成进行持久战的准备的基础工作”，反对扩大战争。
也就是说：挑动在西北的国共内战，同时建设满洲国，巩固华北，堵住俄国人南下。
再向南洋渗透，得到马来亚的橡胶和文莱的石油，同时挤走英国人，争取把手伸到“东印”（荷属殖民地东印度群岛，是如今的印度尼西亚），确保石油供应，这以后再和美国进行“最终战争”。
日本30年代早期的计划中还有海陆军联合攻占武汉的计划，但在石原的这个计划中，鉴于中国政府的实力已有所加强，日本已经放弃了一旦开战就攻占武汉的计划，因为那是日本国力所不允许的。
国民政府军事委员会13日下令将张治中部改编为第9集团军，从14日拂晓开始发起反击，同时命令空军协同地面作战，担任要地防空。
当天，空军轰炸日海军陆战队司令部和第3舰队，炸伤旗舰“出云”号。
第4驱逐机大队击落袭击杭州笕桥机场的日机3架，击伤1架。
15日，日军统帅部下令组建上海派遣军，任命松井石根为司令官，立即增派第3、第11师到上海。
15～16日，中国空军在京沪杭上空共击落日机40余架。
17日，中国海军派出鱼雷快艇驶至上海外滩再次击伤“出云”号。
第9集团军从15日起，向日军发起多次围攻，第87师攻占日本海军俱乐部，第88师冲入日本坟山阵地，后受阻。
19日，从西安调来的第36师投入战斗，于21日攻入汇山码头，严重威胁日本海军陆战队。
22日，日上海派遣军先头部队开始在杨树浦附近登陆。第9集团军侧翼受到威胁，反击作战遂告中止。
国民政府军事委员会陆续向上海附近增兵，于8月20日成立第三战区，冯玉祥任司令长官，顾祝同任副司令长官，陈诚任前敌总指挥。
随即调整部署：以第9集团军（张治中部）组成淞沪围攻区围攻驻沪日军，第8集团军（张发奎部）组成杭州湾北岸守备区，第10集团军（刘建绪部）组成浙东守备区，第54军组成长江南岸守备区，第111师组成长江北岸守备区。
以上4个守备区负责封锁压制日军登陆部队。
23日，日军第3、第11师在长江南岸的吴淞、张华浜等地强行登陆。
第三战区临时将长江南岸守备区扩编为第15集团军，由陈诚兼总司令，又抽调3个军予以加强。
日军第3师第一梯队在张华浜附近登陆时，遭到张治中部警察总队顽强抵抗。
第3师主力登陆后，警察总队不支，撤至南泗塘河西岸据守，张治中组织第87、第36师反击，挫败其进攻，双方于25日隔河对峙。
日军第11师第一梯队23日在川沙口和石洞口地段登陆，时第15集团军刚编成，部队未到指定位置，日军迅即攻占狮子林炮台、月浦和罗店，继分向浏河、宝山进攻。
下午陈诚所部先后赶到，第18军协同第54军实施反击，当晚收复罗店，次日收复宝山、狮子林和月浦。
25日，日军第11师后续梯队登陆，第15集团军反击受阻。双方于狮子林、月浦、新镇、罗店至浏河口一线形成对峙。
松井石根为连接和扩大两个师的登陆场，9月1日以第11、第3师各一部从狮子林和吴淞两面夹击宝山。
守备宝山的第18军姚子青营击退日军多次进攻，顽强坚守至7日，日军以战车堵击城门，集中海陆空火力轰击，全城燃起烈火，该营官兵全部壮烈牺牲。
战至10日，日军将两块登陆场连成一片。第15集团军予敌重大杀伤后，部队严重减员，13日奉命撤出月浦、杨行、新镇等阵地。
第9集团军则奉命放弃宁沪铁路（南京—上海）以东的大部地区。至9月17日，中国军队撤至北站、江湾、庙行、罗店、浏河一线，与日军对峙。
9月，蒋介石兼任第三战区司令长官，21日再次调整部署：
以第9集团军为中央军，朱绍良任总司令，位于北站、江湾、庙行一线及其以西地区。
以第8、第10集团军为右翼军，张发奎任总司令，位于苏州河以南至杭州湾北岸地区。
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（台湾旅）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，实足以昭示民族独立之精神，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。