编入第二十一集团军战斗序列，因军长升任升任集团军总司令，故由原副军长周祖晃中将接任第七军军长。1937年10月，蒋中正命廖磊全军赶赴上海参加淞沪会战。此役，第二十一集团军因首次与现代化日军进行立体作战，损失严重，其主力部队第七军、国民革命军第四十八军少将以上高级将领夏国璋、庞汉祯、秦霖等3人阵亡、另重伤两人，基层官兵伤亡过半。在战败撤退时，廖磊主动提出为友军朱绍良部断后。11月12日，第二十一集团军退出上海，第四十八军撤至常熟，第七军则在吴兴、长兴阻击日军第6师团，26日，因长江江阴要塞失守，日军蜂