投下数十枚炸弹，车站站房被炸毁，炸死炸伤数百名正等候列车逃难的难民，日军的轰炸导致车站运输中断，车站及周围沦为一片废墟，战地摄影师王小亭的震惊世界的着名摄影作品《中国娃娃》即摄于此时此地，表现出了轰炸后南站的惨状。之后南火车站货运业务西移至日晖港站（今南浦站，已拆），客运业务北移至上海北站（现上海铁路客技站），此处车站不再恢复，在原站址周围逐渐建起民房，现今只能从周围带“车站”的路名中知道当年这里曾有一个火车站存在。