卢沟桥事变后,日本在向华北调集重兵的同时,积极准备出兵上海,伺机把战争由华北扩展到华中。1937年8月9日,日军驻上海的海军特别陆战队制造虹桥事件。8月13日,日军在八字桥地区向中国驻军发起全线进攻。中国驻军奋起还击,震惊中外的八·一三事变由此爆发,淞沪会战开始。
8月14日,国民政府发表《自卫抗战声明书》。20日,国民政府军事委员会将江苏省南部和浙江地区划为第3战区,冯玉祥任司令长官,顾祝同任副司令长官,陈诚任第3战区前敌总司令。中国军队与日军展开全面激战。
淞沪会战初期,中国军队有效地迟滞了日军的进攻。但日军不断增兵,至9月11日,日军总兵力已达20万人。10月1日,中日双方在蕴藻浜南岸地区展开了最为激烈的争夺战。4日,蒋介石自兼第3战区司令长官。26日大场失陷后,战局急转直下。11月8日,第3战区被迫指挥各部逐次撤离淞沪战场,向吴(县)福(山)、(无)锡澄(江阴)防线转移。
至10月30日,日军已增兵至2个军9个师团又2个支队约30万人。11月5日,日军从杭州湾北岸登陆,从侧后严重威胁上海中国守军。6日至8日,中国军队第67军在松江县城死守3日。12日,上海市区陷落,淞沪会战结束。
淞沪会战历时三个月,是全国抗战开始以来时间最长、规模最大的一次战略性战役。日军投入的总兵力约30万人,动用军舰30余艘、飞机500余架、坦克300余辆;中国军队先后调集兵力约70余万人,海军舰艇约40艘,空军飞机250架。