當(dāng)7日、8日日軍猛攻蘊(yùn)藻浜不能取勝的消息傳至東京后，日本內(nèi)閣即決定調(diào)號稱陸軍最精銳的第九師團(tuán)統(tǒng)率第二十四混成旅團(tuán)及其他部隊(duì)，組成“上海派遣軍”援滬，總數(shù)約三萬人，任命赫赫有名的第九師團(tuán)長植田謙吉中將為司令官。第九師團(tuán)主力13日午后開始在上海碼頭登陸，其他部分日軍在吳淞鐵道棧橋上岸，至15日全部登陸完畢。植田14日來到上海。此時(shí)英、美、法、意四國公使開展調(diào)?；顒?dòng)，植田一面虛與委蛇，發(fā)表談話稱：“日軍亦希望滬事和平解決，故現(xiàn)暫停止攻擊行動(dòng)。擬向十九路軍發(fā)表要求撤退之哀的美敦書，并擬給相當(dāng)撤退之時(shí)間，不答應(yīng)時(shí)，當(dāng)即以實(shí)力決行該軍任務(wù)。”^[1]一面積極調(diào)整部署：閘北八字橋方面駐陸戰(zhàn)隊(duì)約八個(gè)大隊(duì)(每個(gè)大隊(duì)約一千人);江灣至廟行方面駐第九師團(tuán)約二萬人；蘊(yùn)藻浜南岸至張華浜車站駐第二十四混成旅團(tuán)約五千人；海軍以第三戰(zhàn)隊(duì)(輕巡洋艦三艘)和驅(qū)逐艦兩艘威脅攻擊獅子林炮臺(tái)及瀏河新鎮(zhèn)，以第一水雷戰(zhàn)隊(duì)和“能登呂號”航空母艦攻擊壓制吳淞，以第一航空戰(zhàn)隊(duì)的基地飛機(jī)直接協(xié)助陸地戰(zhàn)斗。
我援軍第五軍也在積極部署。14日，張治中奉軍政部命令率第五軍(第八十七、八十八兩師及中央陸軍軍官學(xué)校教導(dǎo)總隊(duì)和獨(dú)立炮兵第一團(tuán)山炮營，共約1.5萬余人)赴滬參戰(zhàn)。第八十七師第二六一旅奉蔣光鼐之命接防由胡家宅至吳淞西端曹家橋的蘊(yùn)藻浜北岸陣地。16日，第八十七師第二五九旅抵達(dá)南翔集結(jié)待命。當(dāng)晚11時(shí)，張治中率軍師部人員、師直屬各部及軍校教導(dǎo)總隊(duì)抵達(dá)南翔后，立即會(huì)晤蔣光鼐，商定作戰(zhàn)方針。12時(shí)，蔣光鼐下達(dá)命令：右翼軍指揮官十九路軍軍長蔡廷鍇，指揮第六十師、第六十一師、第七十八師第六團(tuán)、第八十八師獨(dú)立旅附憲兵第六團(tuán)及南市一帶團(tuán)警，“應(yīng)占領(lǐng)由南市、龍華、北新涇、真如亙閘北、江灣、吳淞、寶山月浦鎮(zhèn)之線(線上屬之),保持主力于真如、大場鎮(zhèn)之間，迎擊當(dāng)面之?dāng)?，待機(jī)出擊壓迫之于引翔港方面而殲滅之，須以一部有力部隊(duì)死守南市、龍華作全軍右翼之據(jù)點(diǎn)”;左翼軍指揮官第五軍軍長張治中，指揮第八十七師、第八十八師(缺一團(tuán))、第七十八師第四和第五團(tuán)，“應(yīng)占領(lǐng)江灣北端亙廟行鎮(zhèn)東端蔡家宅、胡家宅、曹家橋之線，主力控制于大場鎮(zhèn)北楊家鎮(zhèn)南及劉家行之間，迎擊由江灣北方地區(qū)來犯之?dāng)?，乘機(jī)出擊向殷行鎮(zhèn)附近壓迫敵人于黃浦江畔而殲滅之，以一部在羅店、瀏河、小川沙方面，擔(dān)任江面之警戒，相機(jī)策應(yīng)吳凇”^[2]。18日晨，第五軍和十九路軍各部部署完畢。
18日晚8時(shí)40分，植田謙吉向蔡廷鍇發(fā)出要求中國軍隊(duì)撤退的最后通牒。20日，十九路軍全體官兵針對植田通牒發(fā)出通電，表示“惟有以鐵血答復(fù)之”^[3]。
植田策定了“中央突破”計(jì)劃，重點(diǎn)指向廟行鎮(zhèn)南端地區(qū)，企圖于突破后以主力向南席卷，將十九路軍殲滅于江灣和閘北地區(qū)；以有力部隊(duì)向北席卷，將第五軍主力殲滅于楊家行和吳淞地區(qū)。
20日凌晨7時(shí)，日軍用飛機(jī)和重炮轟炸第八十八師正面的廟行鎮(zhèn)一帶及第八十七師的正面紀(jì)家橋、曹家橋一帶。7時(shí)20分，植田下達(dá)第一次總攻擊令，日海陸空軍全副武裝，于7時(shí)30分向吳淞、江灣閘北全線大舉進(jìn)攻。進(jìn)攻的主要目標(biāo)在江灣、廟行方面。9時(shí)，日軍第二十四混成旅團(tuán)四千余人及第九師團(tuán)的一部分在飛機(jī)大炮的掩護(hù)下，由張華浜、虹口、靶子場、楊樹浦直逼江灣萬國體育會(huì)跑馬場。第八十八師用大炮還擊，機(jī)關(guān)槍掃射，轟發(fā)地雷，炸毀日坦克兩輛。11時(shí)，日軍和我軍自淞滬鐵路線迄天通庵車站均有激戰(zhàn)。下午4時(shí)，雙方在江灣激戰(zhàn)。隨后第六十一師增援部隊(duì)趕到，日軍不支而退。入晚，日軍以猛烈炮火通宵向江灣鎮(zhèn)射擊，并沖鋒三次，均被我軍血戰(zhàn)擊退。在吳淞，7時(shí)左右日艦十二艘炮擊我軍陣地，日機(jī)二十八架在空中助戰(zhàn)，在張華浜的日軍重炮和野山炮也向吳淞我軍陣地轟擊。我軍開炮還擊。炮戰(zhàn)一直持續(xù)到下午3點(diǎn)多鐘，這時(shí)日軍一千余人在飛機(jī)炮艦的掩護(hù)下，試圖在炮臺(tái)灣附近的江岸強(qiáng)行登陸。我軍用機(jī)關(guān)槍掃射，日軍死傷落河者甚多，不支而退。閘北方面，八字橋一帶戰(zhàn)斗最為激烈。清晨，日軍四千余人在戰(zhàn)車和裝甲車二十余輛掩護(hù)下，分別向天通庵、八字橋第一二○旅第四團(tuán)和第一一九旅第三團(tuán)攻擊。我軍開始以步槍應(yīng)戰(zhàn)，繼之用手榴彈和大刀與日軍肉搏，戰(zhàn)至11時(shí)，斃敵五百余人，炸毀戰(zhàn)車四輛，日軍不支敗退。
21日，日軍自早到晚，繼續(xù)向吳淞、廟行、江灣、閘北總攻，重點(diǎn)仍在廟行、江灣一線。植田限令早晨占領(lǐng)江灣。日軍用炮火向第八十八師陣地猛轟，尤以江灣廟行鎮(zhèn)一帶陣地落彈最多，廟行鎮(zhèn)以南陣地工事被毀。自凌晨5時(shí)起，日軍主力向嚴(yán)家宅、廟行鎮(zhèn)之線發(fā)起猛烈攻擊，飛機(jī)十余架助戰(zhàn)，我軍沉著迎戰(zhàn)。7時(shí)，日軍在坦克、大炮的掩護(hù)下大舉進(jìn)攻，被我軍用迫擊炮擊退。其后又發(fā)動(dòng)三次進(jìn)攻，均未得逞，且死傷甚多。江灣車站附近，入夜后日軍集中炮火猛烈轟擊該車站，毀壞所有建筑，并乘機(jī)三面圍攻，來勢兇猛。第一一九旅第三團(tuán)主動(dòng)放棄該站，轉(zhuǎn)移于八字橋附近。在江灣，第一二一旅第二團(tuán)陣地遭到日軍第九師團(tuán)主力及第二十四混成旅團(tuán)猛攻，激戰(zhàn)至晚，斃敵千余人，第二團(tuán)亦傷亡殆盡，陣地岌岌可危，幸該旅第三團(tuán)適時(shí)增援，陣地始告穩(wěn)定。未幾日軍敗退。在閘北，八字橋、天通庵、虬江路和新民路等處均有戰(zhàn)斗。第六十師痛擊日軍。吳淞方面，上午11時(shí)日軍在炮火的支援下偷渡蘊(yùn)藻浜，激戰(zhàn)兩小時(shí)，也被打退。下午3時(shí)起，日艦三十余艘、飛機(jī)數(shù)架，向吳淞獅子林炮臺(tái)集中轟炸，我軍略有死傷。在瀏行鎮(zhèn)我軍用小鋼炮擊落日機(jī)一架，擊斃機(jī)師田中大尉。
因我軍廟行、江灣陣地鞏固，日方乃變更戰(zhàn)略，22日日軍以一萬余人進(jìn)攻江灣，六千余人進(jìn)攻八字橋作為牽制。三萬日軍于凌晨3時(shí)乘霧沖擊江灣西北的麥家宅，企圖一舉將其占領(lǐng)，并直取大場，以截?cái)嚅l北、吳淞之間的聯(lián)絡(luò)。我第八十八師第二六二旅和第二六四旅奮力抵抗。上午9時(shí)，日軍突破第八十八師右翼廟行鎮(zhèn)以南第二六四旅第五二七團(tuán)第三營的大小麥家宅陣地一段。10時(shí)，形勢非常危急，日軍前鋒過廟行而達(dá)李家樓。張治中獲悉后，親自率領(lǐng)軍校教導(dǎo)總隊(duì)(缺一營)赴馮家宅指揮策應(yīng)第八十八師，并令第二五九旅向廟行鎮(zhèn)增援，令守蘊(yùn)藻浜北岸第二六一旅主力由紀(jì)家橋抄敵側(cè)背，令俞濟(jì)時(shí)對敵突入?yún)^(qū)施行反攻，第六十一師副師長張炎也率兵兩個(gè)團(tuán)從竹園墩出擊，對日軍進(jìn)行三面夾擊。12時(shí)，第一二二旅從右翼增援，第二六一旅從左翼向敵包抄，猛襲日軍，戰(zhàn)至下午1時(shí)，日軍不支而退。我軍乘勝追擊，恢復(fù)防線。下午2至5時(shí)，日軍在炮火的掩護(hù)下發(fā)起三次沖鋒，被我軍再次擊退。晚上，我軍由廟行及談家宅水車頭兩路反攻廟行以東的日軍，擬將其包圍消滅。日軍拼死抵抗，我軍奮力肉搏，血戰(zhàn)至8時(shí)半，斃敵三千人，其余日軍大部分向引翔港方向后退，一部分被包圍于廟行東北的金穆宅。廟行鎮(zhèn)陣地終于轉(zhuǎn)危為安。此役日軍遭到重創(chuàng)，陸軍第九師團(tuán)一部分散兵逃到楊樹浦匯山碼頭一帶，企圖覓船回國。據(jù)一位記者說：“本日廟行之役，與十三日曹家橋之役，實(shí)為滬戰(zhàn)中我軍戰(zhàn)績之高峰；而本日混戰(zhàn)肉搏之猛烈，則較曹家橋一役尤甚?！?sup>[4]“是役我軍于萬死一生中打出一條生路，由危轉(zhuǎn)安，竟獲開戰(zhàn)以來空前之大捷；與敵軍以最重大之教訓(xùn)，毀滅敵坦克車兩輛，俘獲敵裝甲車一輛，野炮二十余門，槍械無數(shù)。惟我方衛(wèi)國軍士亦犧牲至二千之多。”^[5]
是日因日軍主力在廟行、江灣作戰(zhàn)，吳淞、閘北日軍均取守勢。上午10時(shí)，我軍一個(gè)團(tuán)強(qiáng)渡蘊(yùn)藻浜向日軍進(jìn)攻，日守軍恐慌，調(diào)日艦水兵協(xié)助防守。閘北方面，上午我軍用追擊迫還擊日軍的進(jìn)攻，至正午，日軍敗退。午后我軍乘勝追擊，由香煙橋南進(jìn)，向虹口作大包圍，前鋒達(dá)岳州路、狄思威路及沈家灣，日軍向楊樹浦退卻。我軍不打算攻入租界，故止于租界邊線。
23日凌晨1時(shí)，日援軍五千余人，會(huì)同22日晚被擊退的1.5萬余人，馳援金穆宅被圍日軍。拂曉后，日機(jī)六十余架助戰(zhàn)。第六十一師的一部及第二五九旅迎頭痛擊。我軍待日軍深入后，沖出肉搏，并由江灣派1個(gè)團(tuán)抄敵后路，日軍大炮飛機(jī)不能發(fā)揮作用。至下午2時(shí)不支而退。傍晚，日軍乘風(fēng)雨交作時(shí)再次攻擊，我軍待其逼近壕溝時(shí)將其擊退。
第八十八師連日作戰(zhàn)，傷亡很大，陣地部署需要調(diào)整。24日拂曉，廟行鎮(zhèn)以南至江灣北端嚴(yán)家宅陣地由第六十一師接替，第八十八師撤至葛家神婁宅西塘橋附近休整。由廟行鎮(zhèn)經(jīng)周巷至蘊(yùn)藻浜南岸之線由第二五九旅接防。24日晨，日軍五千人由張華浜登岸，開赴廟行救援被困部隊(duì)，分兩翼向我軍進(jìn)攻。我軍由于激戰(zhàn)兩晝夜未得到歇息，勢不能敵。被圍日軍乘機(jī)竄出。我援軍及時(shí)趕到，協(xié)同拒敵，先將被圍殘敵消滅，再分路攻擊援?dāng)?，日軍全部退過侯家木橋。
25日拂曉，植田下令發(fā)起第二次總攻擊。日軍增援江灣、廟行，向廟行前線第二五九旅、第一二二旅和第八十八師獨(dú)立旅第二團(tuán)等新接防線進(jìn)攻，炮兵用百余門重炮轟擊我軍陣地，步兵全力進(jìn)攻江灣西北的小場廟。我軍竭力死守。第六十一師正面金家塘一端被日軍突破，退至嚴(yán)家宅、小場廟、竹園墩至廟行鎮(zhèn)西南之線。廟行側(cè)面第八十八師獨(dú)立旅第二團(tuán)陣地經(jīng)不住五六十門大炮的火力，稍退至塘東宅水車頭一帶。小場廟我軍兵力雖單薄，但并不畏怯，待日軍逼近時(shí)用機(jī)槍掃射，相持至10時(shí)，日軍派飛機(jī)偵察，指示炮擊目標(biāo)，我軍始不能支，退至周吳黃宅。張治中令第二五九旅由廟行鎮(zhèn)出擊策應(yīng)。12時(shí)，援軍第一二一旅預(yù)備隊(duì)也趕到。各軍分三路合力反攻：由江灣出談家宅攻敵左翼；由廟行鎮(zhèn)沿塘東宅、水車頭攻敵右翼；由周吳黃宅攻敵正面，形成大包圍之勢。日軍沖擊十余次，終不得逞。我軍緊縮包圍圈，同日軍肉搏。血戰(zhàn)至晚9時(shí)后，斃敵一千七百余人，其余日軍突圍敗走。至此，植田布置的總攻計(jì)劃宣告破產(chǎn)。
植田令日軍自20日發(fā)起總攻以來，激戰(zhàn)6日，慘遭失敗，主力疲憊不堪，故26至28日雖有沖突，但未起激戰(zhàn)。26日拂曉，我軍因戰(zhàn)略考慮，主動(dòng)將江灣放棄，移至鎮(zhèn)西防守。防線改為北自金穆宅起，南迄楊家樓止，成一直線。第六十一師連日作戰(zhàn)，傷亡極大，急待整理，因此總部是日上午11時(shí)發(fā)出命令，將小場廟竹園墩陣地交第八十八師接防，限晚11時(shí)以前接替完畢。