罗卓英于２３日到达太仓，得知罗店战斗情况后决心“以广正面攻击登陆之敌，压迫于江岸而歼灭之”，于２４日６时许，在嘉定司令部下达了作战命令。主要内容为：“（１） 第９８师由杨家行，对杨家行—宝山线（含）以左地区之敌攻击。（２） 第１１师由罗店，对新镇—月浦—狮子林线（含）以左地区之敌攻击。（３） 第６７师为军预备队，并以有力之一部，由罗店、嘉定对罗店—聚源桥—东王庙线（含）以左地区之敌攻击，右与第１１师、左与浏河５６师部队取连络。”当日，第９８师第２９４旅的一部驱逐了立足未稳的少数日军，占领了宝山城；第２９２旅进至月浦、新镇一带，构筑工事。第１１师在罗店以北地区与日军展开激战。
２５日、２６日，第９集团军方面没有大规模的战斗，与日军基本上形成了对峙。第１５集团军方面，２５日仍在罗店以北地区激战。由于日军主力已逐渐在川沙口登陆，陈诚责成第１８军在敌主力立足未稳之际予以歼灭。罗卓英于９时下令：“（１） 第９８师以1团控置宝山及其附近，沿江警戒，主力转对狮子林之敌攻击。（２） 第１１师以一部协助９８师攻击狮子林之敌，以主力扫荡狮子林以西川沙口以东地区之敌。（３） 第１４师霍师长指挥４０旅及第６７师１９９旅（欠３９８团）由浏河方面向川沙之敌攻击。（４） 第６７师（欠１９９旅）攻占陆家村后，即连系１１师、１４师协同进展歼灭该敌。”战斗至２５日晚，第６７师的第２０１旅作战失利，失去联络，罗店情况不明。罗卓英判断罗店为日军攻占。蒋介石得知后，于当夜亲自越级下达命令，指挥第１８军作战。其电令主要内容为：“（１） 今晚必须恢复罗店。占领罗店后，即在罗店附近构野战工事，一面在淑里桥、南长沟、封家村构筑据点工事。（２） 第１１师、第９８师今晚仍照预定目标攻击前进。（３） 第１４师留1团在太仓，1团在福山口构筑工事，主力今夜应向嘉定、罗店前进。（４） 第６１师在大场、杨家行一带赶筑工事。”〔４３〕陈诚将第６１师配属给第１８军。２６日晨接到第８７师报告，知罗店未失，仍在固守。至２６日夜，第１８军在宝山、狮子林炮台、月浦、新镇、罗店、曹王庙、浏河镇一线与敌激战。
由于陈诚已任第１５集团军总司令，直接指挥第１８军等部作战，淞沪战场已形成两个作战集团，而冯玉祥虽名为第三战区司令长官，但因历史原因难以真正指挥淞沪地区的部队。为便于协调及指挥各集团军作战，８月２６日，蒋介石任命顾祝同为第三战区副司令长官，负实际指挥淞沪会战之责。
８月２７日，第９集团军再次调整部署：“将正面兵力区分为三部： （１） 右翼军（指挥官孙元良，８８师，独立第２０旅1团，保安总团1团，警察总队），于北站至沙泾港间原阵地围攻虹口，并以一部任沪西一带及谭子湾至北站间之警戒。（２） 中央军（指挥官宋希濂，３６师，独立２０旅欠1团），于沙泾港东岸塘山路、华德路、引翔港镇北端至虬江口之线，围攻杨树浦之敌。（３） 左翼军〔指挥官王敬久，８７师，６１师（６１师由杭州湾北岸守备区调来，配属第１８军作战，本日第三战区又将其转隶第９集团军。另以第６师之１８旅归罗卓英指挥），保安总团欠1团〕，固守吴淞并围攻张华浜方面之敌，另以一部任虬江口至张华浜间之警戒。”〔４４〕
由于受到中国军队的坚强抗击，日军登陆“作业并不顺利”，直至８月２５日中午，第１１师团及第３师团的第５旅团方登陆完毕。又因遭到第９及第１５集团军的有力反击，日军陷于苦战之中。至２７日夜，日第１１及第３师团均无进展，敌我双方仍在张华浜及罗店以北地区激战。为了加强航空兵的力量，以支援登陆作战，日海军除将刚编成的第２２航空队及第２３航空队使用于上海作战外，８月２７日又以“神威”号舰及第２８驱逐队等编成第３航空战队参加上海作战。在日陆、海、空联合进攻下，８月２８日，日第３师团攻占了殷行，第１１师团攻占了罗店。
罗卓英鉴于２８日战况不利，决心先夺回罗店据点，尔后再全线反击。他于１７时下达战斗命令：“第９８师即派２９２旅，急由新镇向罗店东北地区猛攻敌之侧背，主力集结于长浜站附近待命，对左翼另派游击队；第１１师除以一部守备阵地、抑制当面之敌外，以主力沿罗（店）浏（河）公路向敌正面猛攻；第６７师之４０１团，应于小堂子附近原阵地待机出击；第１４师之两团及６７师之一部，由西向东猛攻罗店，须侧重西北方面。另派有力之一部，由曹王庙攻敌侧背。”〔４５〕是晚各部队因已苦战终日，伤亡惨重，士兵体力疲惫，且部队整顿需时，行动迟缓，加以适逢大雨，道路泥泞，协同动作欠佳，进展不大。第１４师（时已属第５４军序列）于２９日下午抵达嘉定城，兼师长霍揆彰决心以第８３团向罗店西侧进攻，以第７９团迂回至罗店侧背攻取罗店，以师特务营为预备队，师指挥所推进至施相公庙。第８３团从西侧向小河桥猛冲，因无炮兵掩护，伤亡甚大而进展甚微。第７９团进出至罗店西北侧小河边，搭架便桥，其第３营渡河突入至罗店日军清水司令部，获得战利品甚多。但因孤军深入，不敢前进，全营隐蔽于竹林中。适逢陈诚到施相公庙视察，认为指挥所靠敌过近，天明后日军轰炸必将受严重损失，令霍揆彰后撤。霍遂下令停止进攻，指挥所人员返回嘉定城，第８３团撤至出发阵地。第７９团在小河西的2个营奉令后即撤回，但突入罗店的第３营在天明后遭日军包围反击，全营伤亡过半，营长李伯钧亦阵亡。至３０日，第１８军位于宝山、狮子林炮台、月浦、新镇、施相公庙、曹王庙至浏河镇之线。此时，第５１师、第５８师、第５６师等部队已到达常熟、太仓、嘉定一带。
日陆军登陆的同时，日海军也在增兵上海。２９日、３０日，佐世保镇守府第４特别陆战队及各特别陆战队之补充兵员均已到达上海。
由于吴淞镇的中国守军不时以火力袭击出入黄浦江的日舰艇，且对其第３师团形成侧背威胁，“上海派遣军”司令官松井石根决定令第３师团攻击吴淞镇；同时令第１１师团派出一部兵力，由川沙口沿江岸东进，扫荡沿江中国军队各据点，至吴淞与第３师团会合，以打通两师团在陆上的联系。３１日，日第3师团派出第６３联队乘坐舰船，在日海军航空兵及舰炮火力掩护下从江上攻击吴淞镇。中国守军第６１师因准备不充分，稍战即溃。１５时左右，日军占领了吴淞镇。张治中即与顾祝同联系，令集结刘行、广福的第６师增援吴淞、驱逐登陆之敌。蒋介石命独立第２旅与第６１师合并，将第６１师师长杨步飞撤职，任钟松为第６１师师长。日第１１师团派出的浅间支队（步兵第４３联队２个大队，山炮１个中队，由联队长浅间义雄大佐指挥），此时正由川沙口沿江岸向狮子林炮台前进中。
日“上海派遣军”虽然登陆成功，并先后攻占了殷行、罗店及吴淞镇，但在中国第９集团军及第１５集团军的坚强抗击下不仅行动困难，而且伤亡甚大，实际上仍处于被分割包围的不利地位，陷于苦战之中。松井石根于当日向日本政府请求增援。他向陆军大臣和参谋总长报告说：“军当面之敌是从平汉、津浦沿线调来，加上中央直系军的精锐部队，总计１５个师，自２９日起，以其主力开始向１１师团的正面攻击。值得注意的是该方面使用了中国军中最精锐的陈诚指挥的第１１师、第１４师……我军兵力最小限度要５个师团，当前最重要的是紧急派遣待机中的第１４师团及天谷支队神速到达。”长谷川清也向军令部请求“火速给上海派遣军增兵”。〔４６〕日陆、海军最高当局认为上海形势严峻，决定华北日军停止在青岛作战的准备，将用于青岛的兵力转用于上海。８月３１日晚，日参谋本部命令正在由青岛向大连输送的天谷支队（第１１师团的第１２联队，附山炮１大队）立即驶向上海，归“上海派遣军”司令官指挥。９月１日，日海军中央部也下达命令，将第２舰队的第４水雷战队、“长鲸”舰以及佐世保镇守府第２、第３特别陆战队归第３舰队司令官指挥，从旅顺立即开赴上海。
９月１日，企图打通第１１师团及第3师团陆上联系的浅间支队在日海军火力支援下，猛攻狮子林炮台。防守该据点的第８８师第５８８团１个营的阵地全部被轰毁，该炮台经反复争夺，终因寡不敌众，伤亡过多，于１４时许被攻占。但日军再南进时，即遭第９８师的坚强反击，攻击受挫，被阻止于杨家宅地区。
日本政府于９月２日在临时内阁会议上决定把所谓“华北事变”改称为“中国事变”，扩大对华战争。同日，日“上海派遣军”第３师团第２９旅团及由华北青岛方面转来的天谷支队先后到达上海，在吴淞登陆。松井石根“为了击败包围罗店镇附近的第１１师团之敌，迅速完成第１１师团和军主力之间的陆路联络，遂令天谷支队沿吴淞镇—月浦镇—罗店公路地区前进，攻击罗店镇附近敌人之后侧背”。
９月３日，日海军第２舰队的第４水雷战队、“长鲸”舰以及佐世保镇守府第２、第３特别陆战队到达上海，两特别陆战队立即登陆，归大川内传七指挥，加入日海军上海特别陆战队行列。９月５日，日海军宣布封锁中国东南海岸，切断中国海上与外界的交通。
日军新增兵力后加强了攻势。第３师团经３天猛攻，于９月６日攻占了宝山县城。防守该城的第９８师９４旅５８３团第１营，营长姚子青以下官兵全部壮烈牺牲。天谷支队由宝山两侧沿长江南岸向东攻击前进，与浅间支队会合打通了第３师团及第１１师团登陆场的联络后，向月浦进攻，被第９８师拒止于月浦以东地区。罗店日军仍在第１８军包围态势之下。蒋介石曾于当日两次打电话给陈诚、罗卓英：“罗店关系重要，必须限期攻下”；并电令淞沪作战各军：“此次抗敌作战，为我民族死中求生惟一出路……凡贪生怕死、临阵畏怯……不尽其职责而致贻误战机者……当按照军律，衡情论罪，不稍宽假。”〔４８〕但由于日军火力炽烈，且不断实施反击，第１８军担任主攻罗店任务的第１１师、第１４师，第６７师虽然勇猛攻击，反复争夺，始终未能攻下罗店。宝山失守及日军天谷支队与浅间支队在杨家宅地区会合后，第１４师的侧背受敌威胁，加以连日苦战，部队伤亡甚众。罗卓英决心暂停进攻，令第１４师转移至北塘口、顾家角、南长沟等地区构筑阵地，其余各师仍坚守原阵地。
中国统帅部判断日军“最近若不得逞，势必由国内不断增兵，在沿江沿海继续扩大战斗区域”；中国军队英勇奋战，虽给敌人以沉重打击，但在海、空军方面已处于劣势，且攻击武器（如坦克、