日军登陆成功后，上海派遣军与第10军合编成立华中方面军，由松井石根统一指挥，日大本营规定其作战地域为联结苏州——嘉兴一线以东。
任务以挫伤敌之战斗意志，获得以结束战局为目的，与海军协同消灭上海附近的敌人。第6、第18师团按照预先部署，分别向松江、沪杭铁路扑去。
蒋介石得知日军登陆金山卫的消息后，立即命令淞沪战场前敌指挥官陈诚作出应变处置。
陈诚急令右翼军的东北军吴克仁第67军前往增援松江，却未能退敌。
11月8日夜，日军凭借强大火力从东、南、西三面突入松江城，第67军全军覆没，日军遂占松江。
随即兵分两路，一部沿太湖东岸，经浙江、安徽直趋南京，主力则指向枫泾镇、嘉兴、平望。
9日，切断沪杭铁路及公路。与此同时，日第16师团在中岛今朝吾指挥下在江苏太仓境内的白茆口登陆成功，前锋直指京沪铁路和公路，形成合拢之势。
苏州河北岸的日军6个师团于10月31日强渡苏州河后，迅速向两路登陆日军靠拢，淞沪地区中国70万大军顿陷危险境地。
11月8日晚，蒋介石下令进行全面撤退，所有部队撤出上海战斗，分两路退向南京、苏州——嘉兴以西地区。
由于命令仓促，指挥失控，大撤退结果演变成全面大溃退。
自9日起，日军击退中国军队零散抵抗，连占虹桥机场、龙华、枫泾、青浦。
11日，日军进至苏州河岸，南市及浦东我担任掩护任务的部队奉令撤出阵地。
当日，上海市长俞鸿钧发表告市民书，沉痛宣告远东第一大都市——上海沦陷。
战争结果：
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话语，淞沪会战拉下帷幕。
中方伤亡：
据《中国抗日战争史》，淞沪会战中，中国军队则有30万余的将士为保卫祖国献出了鲜血与生命！
我军阵亡中将军长1人，阵亡师长、副师长4人，阵亡团长28人，阵亡营长44人。由于中方海军司令官的“沉船战术”泄密，中央海军全军覆灭。
日方伤亡：
根据日本防卫厅防卫研究所战史室战史室编《中国事变陆军作战史》，1937年8月13日至11月8日这一期间，日军伤亡数字累计从8月13日至11月8日合计：名。
不过至11月8日中国军队虽已开始后退，但战斗仍然非常激烈，上海的大多数日军仍然不断前进、战斗中，战场形势一片混乱，这时及以前是无法统计日军准确的伤亡数字的。
最后日军确认从上海登陆到占领南京，截至12月27日，日军累计战死、战伤死、战病死共人，负伤约5万人，合计伤亡在7万以上。
考虑到日军在追击战和攻占南京作战中伤亡不大，由此估算在淞沪会战中日军约战死2万人，受伤约4万人，合计约6万人。
此战国民革命军伤亡33万多人，为日军损失的5.5倍。
兵力对比：
中方将领：
司令长官：冯玉祥（后由蒋介石兼任）；副司令长官：顾祝同；
右翼军：总司令张发奎，下辖第八集团军（司令张发奎兼任）、第十集团军（司令刘建绪）；
中路军总司令朱绍良，下辖第九集团军（司令张治中，后由朱绍良兼任）、第二十一集团军（司令廖磊）；
左翼军总司令陈诚，下辖第十九集团军（司令薛岳）、第十五集团军（司令罗卓英）；
淞沪会战中，蒋介石的嫡系精锐部队（除卫立煌、汤恩伯部在华北外），几乎全部投入战场。
桂军、粤军、川军、滇军、湘军、东北军等部战斗力较强的部队也先后投入，共70多万人。
当时军事委员会能够指挥的军队约有180个师，参加淞沪会战的达73个师。
日军部队：
日本方面，日军在战争之初迅速组建“上海派遣军”，先后增兵三次，动用舰船130余艘，飞机400余架，战车300余辆，最终投入9个师团，总兵力达30万。
在虹口集结的日本海军陆战队士兵
日本8月15日编组上海派遣军的时候，只有第三师团和第十一师团，9月11日增加第9、13、101共3个师团另2个重炮旅团等部队。