盧溝橋事變爆發３７天后，日本侵略軍又向上海發動了大規模進攻。中國軍隊英勇抗擊，進行了歷時３個月的淞滬會戰。
１９３７年８月９日，駐滬日海軍陸戰隊官兵兩人，驅車闖入虹橋機場進行武裝挑釁，當即被中國守軍擊斃。８月１３日，日軍以此為藉口，大舉進攻上海（八一三事變）。駐上海的中國軍隊第九集團軍，在張治中率領下奮起抵抗。國民黨政府陸續調集６個集團軍７０余萬人抗擊，初戰獲勝。從８月２３日起，日軍多次在長江口登陸，攻擊守軍左翼，遭頑強抗擊。隨後，日軍逐次增兵，加強上海派遣軍的力量。中國軍隊也陸續增援，不斷調整部署。９月１１日以後，蔣介石自兼第三戰區司令長官。９月下旬至１０月初，日軍增援部隊陸續在上海登陸。９月３０日拂曉，日軍向中國軍隊發起猛攻，中國守備部隊陷於苦戰，傷亡慘重。１１月５日，日軍一部從杭州灣登陸，迂迴守軍側後，合圍上海。守軍被迫撤退。１１月１２日，上海市區陷落。
在戰役的最後階段，１０月２６日晚，守衛大場防線的中國軍隊第８８師第５２４團第２營４００余人（報界宣傳稱“八百壯士”），在副團長謝晉元、營長楊瑞符的指揮下，奉命據守蘇州河北岸的四行倉庫，掩護主力部隊連夜西撤。在日軍的重重包圍下，守衛四行倉庫的中國軍隊孤軍奮戰，誓死不退，堅持戰鬥４晝夜，擊退了敵人在飛機、坦克、大炮掩護下的數十次進攻。與此同時，上海人民也以極大的愛國熱情支援和鼓勵著壯士。人們冒著生命危險，把慰問品、藥品源源不斷地送入了四行倉庫，支援壯士們抗擊日軍。戰至３０日，守軍接到了撤退命令，中國守軍衝出重圍，退入英租界。這次英勇作戰，中國軍隊以寡敵眾，共斃日軍２００余名，被國際社會讚為奇跡。
日本帝國主義進攻上海，嚴重威脅到蔣介石的統治，國民黨政府被迫實行抗戰，從此，全國進入了抗日戰爭。
