南京军事委员会鉴于战争扩大，遂在8月20日颁发战争指导及作战计划，以达成持久战的基本主旨，拟定攻守计划，并分为五个战区，其中淞沪地区属第三战区。在整体上，中**队以一部集中华北，重叠配备设防，阻击华北日军沿津浦铁路南下，同时以最小限度兵力守备华南沿海各要地。最后，中**队主力应迅速扫荡淞沪日海军根据地，成功阻止敌军登陆，并确保了山东、山西，力求争取时间以牵制消耗敌人。
8月20日晨，中**队发起第四次攻击，经一昼夜战斗，攻抵汇山码头，因日军增援部队已到达，而且威胁淞沪守军，中**队攻势乃告中止。23日晨，日军一部于吴淞及其以东地区登陆；另一方面，淞沪中**队也抽调部队予以迎击。但其后配有重炮与战车部队的日军不断增援，淞沪中**队遂陷于苦战。至9月11日，双方对峙于吴淞──江湾──洋泾一线。
二、吴淞镇浏河口间地区反登陆作战
8月23日晨，日军增援部队分别在吴淞、宝山、川沙口各附近登陆，夺取沿江各要点，其后日军部队陆续增加。同时，中**队则以长江南岸守备部队以及第9集团军专负对上海市区作战，吴淞镇以南归新编成的第15集团军负责，中**队空军亦连日出动支持地面作战。但日军配备战车及重炮的支持，加以沿海作战，日军可藉海空军配合作战，致使我军伤亡惨重，激战至9月10日，战区重新调整部署，改取守势。
三、中**队守势时期
中**队调整部署后，张治中集团军与陈诚集团军分别在9月11日至14日退守浏河镇──罗店──蕴藻滨──江湾──洋泾之线。日军自14日对该线发动全面攻击，且集中火力于罗店附近。21日再发动攻击，以重点指向中**队左翼部队，迫使中**队退守蕴藻滨之线。此后日军乘胜追击，向蕴藻滨进行突破作战。至10月26日，双方已苦战二十余天，10月22日中**队发动最后攻势，遭受挫折，日军并全面反击，突破中**队阵地。中**队被迫撤退南移，至11月5日双方对峙于浏河镇──罗店西方──苏州河左岸至南站之线。
四、杭州湾北岸日军登陆
上海战事爆发后，我军英勇奋战，成功打乱日军初期的部署，日军增兵至15万人，仍未能获得决定性的胜利，乃于10月中旬决定增派一个军自杭州湾北岸登陆，以打击中**队侧背。11月5日拂晓，日军在金山卫附近正面登陆，击破中**队守备部队后，继以主力向松江进攻。此时中**队在上海市外围地区作战之大军侧背受严重威胁，鉴于迫诱日军主力转用于华东地区目的已达到，指挥部下令各作战部队向吴福线转进。
五、沪京（南京）地区持久作战
11月8日战区下达向吴福线转进命令，中**队两个集团军在10日夜开始沿京沪线两侧地区撤退，但遭敌机日夜轰炸，一路陷于混乱。在两个固守新泾河西岸集团军掩护下，战区主力顺利撤退，向吴福线转进。日军也向中**队发动小规模攻击，并在白茆口、浒浦口间登陆，企图切断中**队主力退路，但作战失败。19日日军正面追击中**队主力，迫使中**队在吴福线决战。结果，在金山卫登陆之日军在19日陷嘉兴，即沿太湖南侧向吴兴进击。
蒋介石鉴于吴兴、广德地区战略价值十分重要，亲令第7军向吴兴挺进；并令川军六个师，向广德急进，以策应第7军作战。其后自20日激战至26日吴兴失陷。第7军在第144、145两个师掩护下，向孝丰转进。此时日军又派两个师团进攻广德，川军五个师在长兴──广德间地区阻敌数日后，待锡、澄线守军向南京转进后，乃退至广德以西山地，淞沪会战至此结束。
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