淞沪之战，出乎日军预期之外，演成了大规模阵地战。从一月二十八日战事发生，到三月二日我军放弃淞沪阵地，先后凡三十余日；其间可分三段落，自初战至二月七日，日增援陆军到达上海为一阶段，这期间，战线限于闸北地区，日军以海军陆战队为主，由盐泽、植松两少将先后指挥，第三舰队由野村中将任司令官。我军以十九路军为主体，（闸北主力为六十师，附七十八师之一部，六十一师警备江湾大场一线，吴淞、宝山防线，由七十八师主力及六十师之一部担任。）蒋光鼐、蔡廷锴两将军亲自指挥。从二月七日，日陆军参加战斗，到二月二十三日庙行之战为第二阶段，在此期间，战线延伸至江湾、庙行、吴淞、宝山，日第九师团及混成第二十四旅团，参加战斗，以植田谦吉中将任司令官。我军由张治中将军统率第五军（八十七、八十八两师）及税警总团，中央教导队增援，担任江湾、庙行、大场一线防务。二月二十四日，日方的上海派遣军组成，以白川义则大将为司令官，除上述各师旅团外，复增派第十一、十四两师团驰援。二月二十五日至三月二日，日军展开全面攻击，我军不支，乃放弃淞沪近郊阵地，向昆山、福山一线转进。这是第三阶段。三月三日以后，双方进入半休战状态，直到五月五日，停战协定成立，淞沪战争乃告终结。
闸北街市战，日军未能收获预期战果，已如上述。沿北四川路、西宝兴路、虬江路、横浜路、窦乐安路以及宝山路一带住宅地区，不仅阻碍重兵器的运动，而且是战斗中最好的掩体；日方曾经投掷多量爆裂弹、烧夷弹来焚毁宝山路一带的住宅，可是就在废垣残砾上依旧利用之为防御掩体。日军的攻击，一直胶着在宝山路一线，寸步难移，三义里与东方图书馆的苦战，使日军亲受了欧战西线壕堑苦战的经验。我军则受了壕堑战的教训，始知在现代战争中，铁丝网、沙包、电波形的深壕，足以抵御猛烈的炮火，增加了士兵的作战勇气。日陆军进入战斗，便向右翼延伸，想迂回包抄我左翼，战事重心便移至江湾、庙行一线；可是长江、黄浦江、苏州河这三角地带，乃有名的湖泽地带，纵横无数的河滨，也正是天然的壕堑，足以限制重兵器及骑兵的运动，敌方即算渡过了一条河滨，我方又可以在另一河滨的对岸筑壕作战，因此，第二阶段的战斗，还是胶着在野战壕线上。有名的八字桥和庙行的争夺战，证明日军突破阵地之困难。到了第三阶段，日方才以重炮密集轰击为突破阵地的初步攻击，空军取得了制空权，可以低飞扫射，战车掩护步兵前进，这才把淞沪线上的我军压迫后退。（参加战斗有战车一中队，榴弹炮一大队，臼炮一大队，高射炮二中队，侦察飞行一大队，战斗飞行一中队。）我军参加战斗的第五军税警总团及中央教导队，装备兵器、火力比较接近水准；他们的防务在江湾、庙行一线，恰碰上了第九师团的主力；也可说是中国军队与日本军队第一次正面接触，双方实力的考验，这些经验，对于以后的全面战争有了最重要的影响。
日本的现役师团，如第九师团，战斗兵约三万人，计有步兵四联队，骑兵一联队，野炮一联队，高射炮一联队，工兵一联队，辎重兵一联队，其第十一、十四两师团，也约略相同。到了淞沪战役的后期，日方所用兵力已达十一万人左右。（第十四师团迂回至浏河登陆，尚未进入战斗；正式进入战斗的，除海军陆战队外，有第九师团、二十四旅团、第十一师团，兵力约在八万人上下。）我十九路军三师实力约在三万人，第五军及其他部队，亦不过五万人，进入战斗之部队，总计亦不过八万人。敌我相较，兵力悬殊，火力悬殊，又未得空军及战车的掩护，而能与敌军相持至一月有余，可说是战史上最光荣的一页。
日军利用“短期休战”时机，调集援军，二月一日，日阁议决派遣陆军，植田谦吉中将即率第九师团及混成第二十四旅团，向上海进发。其时，闸北战线的战斗，一直继续进行。日海军陆战队意欲于陆军到达前，完成占领闸北之战果，保全海军独立作战之威望。二日傍晚，战事复起，四、五两日，战斗非常激烈。敌军对闸北作总攻击，企图突破我宝山路防线，进占我两路枢纽之北站，攻击重心，集中在商务印书馆印刷厂及东方图书馆，尤以东方图书馆争夺战为最激烈。敌机虽炸毁了东方图书馆，我英勇士兵仍依据水泥钢筋的高楼残骸作决死战，敌机虽整天低飞扫射，宝山路南段及北站阵地一直不曾动摇，直到敌攻势衰退，便胶着在那一线上。二月七日，敌先头部队到达吴淞海口外，翌日，即以海空立体攻击，占我吴淞右岸地区，陆军随即强迫登陆，九日又以海空军协同攻我吴淞炮台。当时，吴淞守军自江岸后退，仍坚守吴淞镇及宝山城区，强韧支持至总退却之次日。守城名将翁照垣将军曾发“没有枪，就用我们的刀，没有刀就用我们的牙齿来咬敌人”之豪语，表现了“临大敌而不惧”的精神。正当国人消极、沮丧、失望之际，来了这一份兴奋剂，捷讯四播，举国若狂，背荷斗笠的十九路军人，中外咸敬之如神明了。二月十三日，敌军主力到达上海，十五日登陆完毕，十八日，敌植田师团长向我蔡廷锴将军致最后通牒，要求：“中国军队于二十日午后五时三十分以前自现防御线向公共租界东西两方各二十基罗米突以外撤退，并永久废除一切炮台及其他军事设备。”次日下午七时，蔡将军明白表示拒绝，我政府外交当局复作严正之对日宣言。二十日侵晨，敌第九师团遂开始对江湾一线作主力攻击。
其时，敌设司令部于公大纱厂（杨树浦路底），辟临时飞机场于引翔港，并以江湾跑马场为炮兵阵地；攻击之始，敌海军飞机结队连续向江湾镇彻底轰炸，亘三十分钟之久，敌骑兵队、战车队搜索前进，对江湾作包围势态；其步兵又经野炮、山炮、曲射炮布成火网，掩护前进，这样以压倒火力制压我阵地，士兵绝无活动余地，便是以后各战役的蓝本。可是经过了二十日——二十三日这样四天的苦战，江湾镇的我军阵地兀然不动；我十九路军六十一师的战斗力，敌方曾作“意外顽强”的考语。敌最右翼第二十四旅团，协助其对江湾之攻击，二月二十一日晚间，即开始攻击庙行镇，其攻击之猛烈，从日方所夸称的“肉弹三勇士”故事见之，敌兵那么奋不顾身，冲锋陷阵，而庙行我守军以同样的浴血牺牲守住了每一寸阵地，先后一星期之久，到了二月二十九日，庙行阵地还是不曾动摇。
说到淞沪战役，当然唤起十九路军的英勇作战精神，但我们不能忘记当时第五军守卫庙行的英勇，也不在十九路军之下，而且顾全大局，谦退不自居功，树立军人的新风尚，为后来统一抗战之先声。而且庙行作战的经验，也正是“八·一三”淞沪抗战的预习，那一次参加战斗的将士，“八·一三”战役无不建树功勋，也正有赖于这一回的宝贵经验。
二月二十五日以后，敌方以我军阵地强固不可破，乃改变战术，加强炮队的歼灭火力，先后轰炸五日，乃于三月一日开始全线总攻击。其时敌军司令白川义则大将来沪指挥，炮轰之后继之以战车与步兵之协同攻击，这才摇撼了江湾、庙行的阵线。当时，敌第十一师团已迂回至七丫口登陆，攻击浏河，袭我军右翼之后背；我军背腹受敌，才放弃庙行、江湾、闸北一线，先向嘉定、真茹一线退却，继又向南翔、太仓一线退却，最后退至青阳港以西，防守昆山至福山一线。我军退却后，敌十四师团之援军又至。其时，国际调停之局已成，战事乃告一段落。
战事初起，我政府即迁都洛阳，以示不屈，一面向国联行政院陈诉经过。国联行政院鉴于上海情事之严重，由行政院十二会员国向日本政府发致紧急申请书，请日本停止进攻上海，日方亦漠视不顾。二月二十日，日军又复全线进攻。行政院根据中国之申请，提议在上海召集会议，由中日两国及英、美、法、意各国代表组成之，共谋上海战事之结束。此项会议之进行，经若干波折，到了三月二十四日，方克在上海开始，其时战斗行为已于三月中旬停止。双方代表及各国参与调解之代表议定停战条款：“双方协定停战，尽力将军队在上海周围停止一切敌对行为。中国军队留驻于其现在地位，日军撤退至公共租界暨虹口方面之越界筑路。本协定生效后一星期内日军开始向暂驻地方撤退，四星期内撤完。”上述停战条款，虽经议妥，又以日方不愿完全撤退，延搁一月有余，至五月五日始正式签订。我政府志切和平，此战役虽死亡二万四千余人，损失财产十五万万元以上，卒能深自抑制，循国联之决议，听友邦之斡旋，与日方签订纯属军事性质而不能涉及政治之停战协定。中日间的紧张情势也就这么和缓下来。
当战斗停止之后一星期，适逢日本天长节（四月廿九日），日本军官在虹口公园举行庆祝会及祝捷式。正在奏唱国歌，朝鲜义士尹奉吉忽于群众中出现，向台上投掷炸弹；日白川司令官、河端会长立时炸死；重光葵公使、植田师团长、村井总领事均受重伤，这也可说是淞沪战役的插曲。