2月18日时，日军司令官植田谦吉向蔡廷锴发出最后通牒，该通牒的要求已经超过南京国民政府所能容忍的限度。
国民政府外交部乃表示：“中国在沪驻军，为保卫 中国土地计，迫不得已，亦惟有从事自卫，奋斗到底而已。”蒋介石同意中 央驻蚌埠的4队飞机、留江西的2队飞机，全数连同广东方面支援上海的飞机飞沪参战。
看到中国人拒绝了自己的最后通牒，日本人彻底疯狂，对我们中国守军发起更大规模的进攻。
2月20日晨，植田令日军全线总攻，采取中央突破，两翼卷击的战法，以第9师团主突江湾、庙行结合部，企图北与久留米旅围攻吴淞，南与陆战队合围闸北。
日军先以大炮轰击，继之以步兵协同坦克部队，分两路进犯张华浜一线和杨树浦一线，均被中国守军击退；闸北日军千余人和坦克十余辆，因触地雷，死伤枕藉。
顾裕华一部奉命死守在闸北一线，以抵抗日军的进攻。
哪怕面对着凶猛的日军和坦克，大炮，所有人都抱着必死的决心牢牢守住了闸北阵地以配合其他地方的友军的作战。
2月21日，植田亲自指挥步兵数千人，在飞机、大炮配合下，向中国守军阵地冲击，双方伤亡均重，战斗延至23日黎明，日军试图从江湾车站包抄江湾镇，中国守军英勇抗击，多次冲锋，生俘日军空闲升少佐及士兵数百人，日军不支始溃退。
但是中国守军的抗战远远比我们所想到的还要困难。
历史书上可能只是对一??二八淞沪抗战一笔带过。但是这简短的文字背后是一段血泪史。
当时因连年战乱，又逢去年1931年江淮大水灾，国民政府财政窘迫。
早在1932年1月下旬时，国军各将领就纷纷致电，称“粮弹缺乏，已到断炊地步”。
但一二八事变爆发后，国民政府准备将九一八事变前在江西剿共的国军部队调浙转沪，又迁都洛阳，皆需款甚急。
2月5日，中央军嫡系88师师长俞济时就致电蒋介石，称给养断绝。2月11日，中央军嫡系第18军军长陈诚也自江西吉安致电蒋介石，称部队已经欠饷近2个月，伙食无着。
故2月16日蒋介石不得不致电财政部长宋子文，苦苦哀求经费：“日既在沪不肯撤兵，我方只有抵抗到底。……而江西与河南伙食必日紧一日，接济必完全断绝。请兄能在南昌运存一千万元，郑州运存二千万元之中央钞票，则政府尚可活动，军队亦可维持，或能渡此难关，不致崩溃，此为中（正）最后之哀求，望兄设法助成之。”
民国时期的四大家族疯狂敛财，全然不顾国家和民族以及人民，因此四大家族在解放战争结束后被赶出中国是历史发展的必然趋势，是广大人民的选择。
2月16日，为敦促第五军和十九路军加强团结并努力杀敌，蒋介石致电第88师师长俞济时并转第五军张治中军长：“今日兄等决定在淞沪原阵地抵抗到底，奋斗精神，至堪嘉慰，望兄等努力团结，为我党国争光。……希与十九路军蒋蔡两同志，共同一致团结奋斗，对于蒋总指挥（指蒋光鼐）命令，尤当切实服从，万不可稍有隔膜。吾人若不于此处表现民族革命精神，决意牺牲，更待何时？可将此意转告全体将士，努力保持本军之光荣历史为要。”
日本主力第9师团抵达上海后，准备对上海守军发动第二次总攻。其计划是从闸北到吴淞实行全线攻击，以牵制中国军队兵力，主力则集中指向江湾、庙行，企图占领这两个要点，实现“中间突破”，切断第5军和19路军的联系，然后各个击破。
2月20日拂晓，日军出动飞机十余架，不断在庙行阵地上空往返侦察轰炸，海军舰炮及陆军重炮向庙行阵地猛烈轰击。
与此同时，日军炮火猛烈轰击蕴藻浜阵地，企图强渡蕴藻浜，以策应庙行作战。上午9时，日军一部接近小场庙至麦家宅阵地前方，即对我军阵地实行火力搜索。
中午，日军3000人向我军发起攻击，防守麦家宅、竹园墩阵地的527团官兵奋起还击，庙行战役由此打响。经3小时的激战，日军伤亡累累，无力再战，遂退回原有阵地。
随后日军2000余人向小场庙、金家塘阵地进攻，523团官兵掩处于战壕内，开展进攻，击退日军。黄昏后，日军步兵停止进攻，但海陆炮火继续向我军阵地轰击，企图摧毁我军工事及有生力量，以便第二天继续发动攻击。
2月21日，日军炮火继续向庙行第五军88师阵地进行狂轰滥炸。随后，日军步兵数千人向严家宅、庙行镇之线发起进攻。
同日，蒋介石调第14军卫立煌部第10师（师长李默庵）、第83师（师长蒋伏生）星夜兼程入浙增援沪战，同时命陈诚第18军，如不得已，先击退红军对赣州的攻打后迅速增援上海。
待日军接近后，523、524团官兵奋勇还击，击退日军。随后，大批敌军以纵深配合，向