1月29日，天蒙蒙亮，日军连续发起猛攻，战火迅速漫延。第156旅主力加入战斗，逼退日军。日军首次进攻以失败告终，开始进一步增兵大举入侵。
2月14日，蒋介石命令由前首都警卫军第87、第88师和教导总队组成第5军，主动请缨抗日的张治中任第5军军长，率所部第87、第88师及中央陆军军官学校教导总队增援上海，归第19路军统一指挥，接替从江湾北端经庙行至吴淞西端的防线，为左翼军。
第19路军为右翼军，担负江湾、大场以南及上海市区的防御。战争进入胶着状态。
3月2日，国民革命军在江湾一带抵抗日军进攻，由于日军偷袭太仓浏河并成功登陆，中国军队腹背受敌，被迫全线撤退至第二道防线。
3月3日，日军司令官根据其参谋总长的电示，发表停战声明。同日，国联决议中日双方下令停战。24日，在英领署举行正式停战会议。
5月5日签订《上海停战协定》。
淞沪抗战打了33天，日军先后组织多次攻势。期间第19路军在总指挥蒋光鼐、军长蔡廷锴指挥下奋起抵抗，给日军以迎头痛击。
2月5日，国民党集结兵力，全力抵抗。日军对第19路军阵地及民宅、商店狂轰滥炸，发动了4次总攻，却在守军顽强抗击下均遭败绩。
蒋光鼐指挥部队在闸北、江湾、吴淞、曹家桥、浏河、八字桥一带展开了多次战役，组织敢死队潜伏，待接近后用集束手榴弹炸毁装甲车，在日军航母起飞战机的轰炸下展开极为惨烈的巷战和白刃战。
日军久攻不下数次增兵总共达5个师团，八万多人，并4次更换主帅，最后死伤近万人。第19路军和义勇队，加上后来加入的第5军抗敌者，最多时不过四万人，相较日军兵力和武器装备力量对比悬殊，但仍寸土必争、顽强战斗。