難，許多官兵在第一線苦戰，終日難得一餐，彈藥亦時常不足，影響戰鬥，并造成部隊更多的傷亡，因而決定逐漸轉為守勢作戰，9月6日，蔣介石下達《第三戰區第二期作戰指導計劃》，規定“如各個圍攻之目的不能達到，則依狀況逐次于後方占領陣地，采取攻勢防禦……萬不得已時，則退守後方既設陣地，作韌強之抵抗，以待後方部隊之到達，再行決戰”。
日軍參謀本部派至上海視察的西村敏雄報告；“敵人的抵抗實在頑強，無論是被炮擊還是被包圍，絕不後退……雁遣軍後方接濟不上，兩個師團陷于嚴重苦戰之中。
”9月6日，日軍令部向日本天皇報告：“上海陸上戰鬥，遲遲沒有進展，必須增加陸軍兵力，”天皇召見參謀總長，決定再向上海增派3個師團。
由于動員需時，而上海情況嚴峻，參謀本部下令先從華北将後備步兵10個大隊、炮兵2個中隊，工兵2個中隊、野戰重炮兵1個大隊及高射炮1個隊，立即航運上海，補充上海派遣軍；将台灣守備隊緊急擴編為重滕支隊（步兵4個大隊、山炮兵1個中隊為骨幹），航送上海，配屬給被包圍于羅店的第8師團。
同時緊急動員，于11日下令派第9、第13、第101師團、野戰重炮兵第5旅團、獨立野戰重炮兵第15聯隊、獨立工乓第12聯隊及第3飛行團等增援上海，加入上海派遣戰鬥序列。
9月7日後，随着增援部隊的不斷到達，日軍開始全面進攻，至11日，市區方面，擊退第87師部隊，推進至軍工路一帶，上海以北，突破第98師陣地，占領月浦。
此時，中國軍隊第1軍等雖已到達淞滬，加入第15集團軍戰鬥序列，但因第9及第15集團軍原來各部隊經連日血戰，傷亡極大，且原陣地工事已被日火力摧毀，所以第三戰區決定令部隊稍為後撤，至預備陣地組織防禦。
11日晚下令：“為整理淞滬嘉浏一帶陣地，節約兵力，以達韌強抗戰之目的，着第9、第15集團軍立即轉移。
”第9集團軍遲至蘇州河左岸範家宅至嘉定南端之線，第15集團軍退至嘉定、周家園、浏河至長江南岸之線。
此後，日軍的主攻方向又轉移至第15集團軍方面。
中國軍隊的作戰，也開始由攻勢防禦轉變為陣地防禦。
随着日軍增援部隊的不斷到達，日軍的攻勢不斷增強，但在第15集團軍英勇頑強的抗擊下，至9月21日，日軍未能前進一步。
第15集團軍傷亡亦極大。
如胡宗南的第1軍（第1、第78帥）已減員80％左右，激戰至9月30日，日軍第11師團由羅店向西、向南推進約3公裡。
第3師團迸出至顧家鎮附近。
據日軍發表的縮小了的損失數字，僅此兩個師團即傷亡10988人。
10月1日，日軍第101、第9、第13師團先後到達上海，陸續投入戰鬥。
松井石根鑒于淞滬戰場全線呈膠着狀态，決定縮小包圍圈，集中兵力，實施中間突破，以羅店、大場公路為軸線進攻大場。
10月5日開始，日第9、第3師團，集中兵力、火力，向蘊藻浜地區進攻。
8日，第9師團突破北岸陣地，強渡蘊藻浜，占領黑大黃宅附近約1公裡的灘頭陣地。
但在中國軍隊的頑強抗擊下，日軍進展極為困難，隻能用對壕作業方法，一米一米地推進。
松井石根又将第13師團一部投入戰鬥，戰鬥更為激烈。
至18日，日第9師團推進至蘊藻浜南5公裡處，若現在的陣地再被突破，日軍即可直趨大場，有切斷中國軍隊後路的危險。
第三戰區與副參謀總長白崇禧研究後，決心以新投入戰場的桂系第48軍為主力，對蘊藻浜南岸日軍實施反擊。
10月21日19時。
全線炮兵集中火力，實施破壞射擊；20時，各路反擊部隊開始進攻。
但反擊主力第48軍的主要反突擊方向，選在日軍主力第13、第9師團主攻方向的主要進攻地段——陳行、頓悟寺、桃園浜一線上，日軍的兵力、火力特别集中，中國軍隊有限的炮兵，根本無力制壓日軍各炮兵陣地及火力點。
全憑血肉之軀，在暴露的陣地之外向敵沖鋒，官兵雖極勇敢，但也無法突破敵人的陣地，在猛烈的敵火下，不到1小時，即傷亡過半，攻擊頓挫。
其他次要方向的反擊部隊，因缺乏必要的火力支援，亦均未能完成攻擊任務。
激戰至22日淩晨2時許，日軍開始反擊，出擊部隊被迫後退。
24、25日，日軍在航空兵支援及坦克引導下猛攻中國軍隊陣地。
26日大場鎮失守。
防守該地的第18師師長朱耀華羞憤自殺。
大場鎮的失守，嚴重威脅着中國軍隊的側背，第三戰區決心放棄北站至江灣的陣地，向蘇州河南岸轉移。
第38師第524團中校團附謝晉元率1個營據守四行倉庫，掩護部隊轉移。
以後，在與本軍完全隔絕的情況下，孤軍奮戰至30日，方在英軍勸導下退入租界。
當日軍攻占大場鎮時，中國軍隊逐次投入淞滬戰場的部隊，已達70個師又7個旅，大本營已無可以立即調至淞滬的部隊。
長江南岸守備區和杭州灣北岸守備區防備日軍登陸的主要側方保障部隊，也因上海戰局緊張，先後調至上海，因而，大本營主管作戰的高級将領及前線高級指揮官如陳誠、顧祝同等，都建議按照持久消耗戰的戰略方付，迅速将上海的主力部隊有計劃地逐步撤至吳福、錫澄兩條國防工事線上進行整補，最初已獲最高統帥蔣介石的同意，并開始實施，但至10月底時，蔣介石突然改變決心，從政略角度出發，命第三戰區的部隊繼續在上海與日軍主力進行陣地消耗戰。
于是，中國軍隊在處于強弩之未的情況下，繼續與新增加的10餘萬日軍作更艱苦的戰鬥。
11月4日夜，日軍新增援的第10軍（司令官柳川平助中将，轄第6、第16、第18、第114師團）在第4艦隊護衛下，乘約百艘艦船進入杭州灣，5日拂曉，其第18師團和第6師團分别由金山衛以東、以西登陸。
此時，金衛左右幾十公裡的正面上，僅有第63師一部兵力和地方武裝警戒，無力阻止日軍登