此时久战不下的日军迅速调整了作战方针，大量增兵。同时命将在华北的中岛今朝吾第16师团转隶上海派遣军序列，淞沪前线日军兵力至此增至27万人。其中包括陆军9个师团另2个旅团、海军第3和第4舰队主力及空军力量。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，这时迅速向两路登陆日军靠拢。
侵华战争中的日军急先锋“出云号”巡洋舰停泊在黄浦江上
1937年11月5日至11月中旬，虽然中国守军倾力抵抗，但是淞沪战场形势已经对我军十分不利，有被包围之势。为保存战斗实力，再图反攻，中国军队进行大撤离，上海失守。当时的战场形势主要表现在三个方面：
一是日军迅速调整作战方针，大量增兵。至11月初，战场形势已发生大扭转，中国军队转攻势为守势，处于被动地位，而日军则转守为攻，大肆进攻，但上海依然在中国军队手里。此时久战不下的日军迅速调整了作战方针，大量增兵。日本是个岛国，资源有限，同中国这个庞然大国比拼耐力和韧劲，是万万消耗不起的，因此唯一途径是速战速决。此时，日本统帅部对于日军经数次增兵后依旧无法取得决定性胜利，甚至没能从根本上改变会战态势，感到极为恼怒，同时也大为焦急。大本营经过审慎研究商讨后，认为中国已倾全国兵力之3/5云集上海，已然摆出决战架势，而此前日军一直放主力于华北方向寻求决战无异战略部署的浪费，因而提出目前刻不容缓的是迅速结束上海战役，并决定将战略重点转向华中、华东。为此，决定成立华中方面军，日军统帅部还于10月20日下令从华北和国内抽调第6、第18、第114师团，国崎支队(第5师团第9旅团)，独立山炮第2团，野战重炮第6旅，第1、第2后备步兵团等部队共约12万人，组成第10军，由柳川平助中将担任司令官，准备实施登陆作战以打开局面。同时命将在华北的中岛今朝吾第16师团转隶上海派遣军序列，淞沪前线日军兵力至此增至27万人。其中包括陆军9个师团另2个旅团、海军第3和第4舰队主力及空军力量。
日军第10军的作战要领方案是：预定在10月末或11月初在杭州湾金山卫附近地域登陆，主力以快速突进方式向黄浦江之线前进，攻占松江，切断沪杭铁路，一部向闵行渡河点前进，策应上海派遣军作战；接着渡过黄浦江之后向上海以西及南方攻击前进，与上海派遣军配合消灭上海周边的中国军队。
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，这时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，再不撤退将成瓮中之鳖，被日军一网打尽。
二是国民政府错误判断形势，贻误战机。在战场上已处于劣势的蒋介石慌了手脚，寄希望于国际联盟的协调和谈。就在敌人大举调兵遣将、即将大兵压境之际，蒋介石却深陷于列强干涉制止日本侵略的希望中，这样的念头他一直没有断绝过。淞沪这一仗，是被日本人逼迫太甚不得已而为之，“打”的目的是为了将来可以更好地“谈”。而国际社会的调节，就是他紧抓不放的救命稻草。所以，当蒋介石闻听国际联盟要于11月3日在布鲁塞尔召开“九国公约”会议，讨论中日之战，立刻喜出望外。本来，蒋介石已听取了白崇禧、陈诚等人建议，决定放弃上海，采取持久战策略，全军退到上海外围既设之国防工事固守，抗击消耗日军，这么做在当时形势下是明智的可行之举。但“国联”要开会的消息传来，却搅乱了蒋介石的头脑，他在命令下达的第二天，11月1日夜22时偕白崇禧、顾祝同等人乘火车，冒雨来到淞沪前线国民党中央军总部驻地南翔，在一所小学里召集由师长以上将领参加的紧急军事会议。在会上蒋介石说什么“九国公约"会议对国家命运关系甚大，我要求你们做更大的努力，在上海战场再支持一个时期，至少10天到两个星期，以便在国际上获得有力的同情和支援。上海是中国政府的一个很重要的经济基地，如果过早地放弃，会使政府的财政和物资受到很大影响。会后，便宣布撤销撤退命令，各部队坚守原先阵地。新命令传到阵地上，部队一片哗然，短时间内命令两次反复，使得中国守军士气大受影响，一些已经卷好铺盖准备撒退的士兵只好又匆匆返回阵地，队伍秩序开始出现混乱。更重要的是后来事实证明坚守已无实际意义，并使得后来的撤退极为仓促，造成了大量的伤亡。
11月5日拂晓，日本新组建第10军在柳川平助指挥下，由舰队护送在杭州湾金山卫附近之漕泾镇、全公亭、金丝娘桥等处突然登陆，包抄淞沪中国军队防线南侧的背后。防守这里的，原先有张发奎第8集团军所属的4个师1个旅数万人的兵力。但蒋介石又错误地估计了日军的意图，认为日军全力进攻上海正面，不会有从杭州湾登陆的可能，所以在战事趋于激烈、兵源枯竭之时，将防守杭州湾的部队一一投入前方战场，从而导致日军登陆时，在杭州湾北岸从全公亭至乍浦几十公里长的海岸线上，仅有陶广第62师的2个步兵连，炮兵第2旅2团6连及少数地方武装防守。我军既无重炮，也无像样工事，面对10万装备精良的日本生力军，结果迅速崩溃。日军登陆成功后，其上海派遣军与第10军合编成立华中方面军，由松井石根统一指挥，日军大本营规定其作战地域为联结苏州至嘉兴一线以东，任务以挫伤敌之战斗意志，与海军协同消灭上海附近的敌人。日军第6、第18师团按照预先部署，分别向松江、沪杭铁路扑去。
被炸毁的上海火车南站
当蒋介石得知日军登陆金山卫的消息时，不禁大吃一惊，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。殊不知，这个军刚从豫北调来，在松江附近未及集结完毕，即遭遇日军凶猛攻击，苦战三天三夜，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，守军死亡殆尽，吴克仁率残兵据守西门，兀自死战不退，最后壮烈殉国，年仅43岁。
吴克仁中将，字静山，黑龙江安宁人，满族，保定军官学校5期炮科毕业，时任革命军第67军军长，是牺牲在抗日战场上的又一位满族将领。
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。九日，切断沪杭铁路及公路。
三是中国军队军心涣散，难以有效撤退。此时的南京统帅和淞沪战场各个高级指挥部已经方寸大乱，是撤是守，争执不下。蒋介石死抱着对“国联”不切实际的幻想，迟迟不肯下令后撤，他表示只要我们在上海继续顶下去，相信“九国公约”国家会出面制裁日本，此时此刻还在做梦。白崇禧告诉他，前方将士听到日军登陆消息后人心惶惶，有的部队已经出现混乱，大有控制不住之趋势，再不撤退70万人只有白白等死了。这时候蒋介石才不再坚持，在11月8日晚下令进行全面撤退，所有部队撤出上海战斗，分两路退向南京，苏州至嘉兴以西地区。由于命令仓促，指挥失控，大撤退演变成全面大溃退，各部队完全没有章法，陷入极度紊乱，日军以飞机在天上轰炸扫射，地面部队穷追不舍，势如破竹，一一攻占上海各镇。本来中国军队计划撤到吴福线、锡澄线、乍嘉线和海嘉线一带依托原有坚固国防工事，作持久抵抗，但败军穿越工事径自溃逃，致使耗费数年苦心筑成、有东方马奇诺防线之称的这些工事成为摆设，于是国民政府首都南京门户大开，日后的南京保卫战遂毫无意义。
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。
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；至此中国军队以60%的精锐部队损失的代价打破了日军“三个月灭亡中国”的妄语，淞沪会战拉下帷幕。
淞沪会战是中国军队首次采用大规模集团军作战方式反击日本侵略。会战中，中国方面先后共投放20个军、50余个师，加上中央军校教导总队、税警总团和部分地方保安团队，共计70多万兵力，伤亡近30万人。日本方面先后投入海军陆战队和陆军部队14个半师团，共约28万人，动用军舰三四十艘，战车三四百辆，飞机400余架，伤亡5万多人。
淞沪会战历时3个多月，是中国抗日战争爆发以来，持续时间最长、规模最大的一次战役，作战双方都已基本上举全国之力。
日本攻占上海后对孙中山像不敬，让人气愤
淞沪抗战，中国军队虽然最后失去了上海，以失败而告终，但从长远战略上看，仍有着非凡的意义。其一，淞沪会战吸引了侵华日军的主力，淞沪战场实际际取代华北战场成为日军侵华和中国抗战的主战场，从而使日军的进攻方向从由北向南改变为由东向西，这对日后我方的抗日正面战场具有至关重要的意义。其二，淞沪会战打破了日军速战速决的战略企图。日本陆相松山元在给天皇的奏折中狂妄地宣称：“中国事变用一个月就解决了”，日本军部估计“大约有两个月的时间可以结束"，而战前日本军国主义者号称“三个月灭亡中国”，认为中国军队不堪一击，只要越过长城，占领华北，直逼首都让南京政府妥协，就可解决中国战事。淞沪一战用时3月，使日军短期内灭亡中国企图化为泡影，将抗日战争引入日本最不希望的持久战中。其三，淞沪之战虽然中国军民牺牲很大，但并没有摧毁中国的抵抗力量，而是打醒了更多的中国人，坚强了中国人民的抗战意志，鼓舞了全国人民的抗战信心和勇气。同时，中国军队在战略战术上有了更大的进步，各军团之间的配合力度得到了提升，一定程度上打破了华北初期战场上各自为战的局面。
