卢沟桥事变爆发37天后，日本侵略军又向上海发动了大规模进攻。中国军队英勇抗击，进行了历时3个月的淞沪会战。
1937年8月9日，驻沪日海军陆战队官兵两人，驱车闯入虹桥机场进行武装挑衅，当即被中国守军击毙。8月13日，日军以此为借口，大举进攻上海(八一三事变)。驻上海的中国军队第九集团军，在张治中率领下奋起抵抗。国民党政府陆续调集6个集团军70余万人抗击
，初战获胜。从8月23日起，日军多次在长江口登陆，攻击守军左翼，遭顽强抗击。随后，日军逐次增兵，加强上海派遣军的力量。中国军队也陆续增援，不断调整部署。9月11日以后，蒋介石自兼第三战区司令长官。9月下旬至10月初，日军增援部队陆续在上海登陆。9月30日拂晓，日军向中国军队发起猛攻，中国守备部队陷于苦战，伤亡惨重。11月5日，日军一部从杭州湾登陆，迂回守军侧后，合围上海。守军被迫撤退。11月12日，上海市区陷落。
在战役的最后阶段，10月26日晚，守卫大场防线的中国军队第88师第524团第2营400余人(报界宣传称“八百壮士”)，在副团长谢晋元、营长杨瑞符的指挥下，奉命据守苏州河北岸的四行仓库，掩护主力部队连夜西撤。在日军的重重包围下，守卫四行仓库的中国军队孤军奋战，誓死不退，坚持战斗4昼夜，击退了敌人在飞机、坦克、大炮掩护下的数十次进攻。与此同时，上海人民也以极大的爱国热情支持和鼓励着壮士。人们冒着生命危险，把慰问品、药品源源不断地送入了四行仓库，支持壮士们抗击日军。战至30日，守军接到了撤退命令，中国守军冲出重围，退入英租界。这次英勇作战，中国军队以寡敌众，共毙日军200余名，被国际社会赞为奇迹。
日本帝国主义进攻上海，严重威胁到蒋介石的统治，国民党政府被迫实行抗战，从此，全国进入了抗日战争。
