所以第三战区决定令部队稍为后撤，至预备阵地组织防御。11日晚下令：“为整理淞沪嘉浏一带阵地，节约兵力，以达韧强抗战之目的，着第9、第15集团军立即转移。”第9集团军迟至苏州河左岸范家宅至嘉定南端之线，第15集团军退至嘉定、周家园、浏河至长江南岸之线。此后，日军的主攻方向又转移至第15集团军方面。中国军队的作战，也开始由攻势防御转变为阵地防御。

    随着日军增援部队的不断到达，日军的攻势不断增强，但在第15集团军英勇顽强的抗击下，至9月21日，日军未能前进一步。第15集团军伤亡亦极大。如胡宗南的第1军（第1、第78帅）已减员80％左右，激战至9月30日，日军第11师团由罗店向西、向南推进约3公里。第3师团迸出至顾家镇附近。据日军发表的缩小了的损失数字，仅此两个师团即伤亡10988人。

    10月1日，日军第101、第9、第13师团先后到达上海，陆续投入战斗。松井石根鉴于淞沪战场全线呈胶着状态，决定缩小包围圈，集中兵力，实施中间突破，以罗店、大场公路为轴线进攻大场。

    10月5日开始，日第9、第3师团，集中兵力、火力，向蕴藻浜地区进攻。8日，第9师团突破北岸阵地，强渡蕴藻浜，占领黑大黄宅附近约1公里的滩头阵地。但在中国军队的顽强抗击下，日军进展极为困难，只能用对壕作业方法，一米一米地推进。松井石根又将第13师团一部投入战斗，战斗更为激烈。至18日，日第9师团推进至蕴藻浜南5公里处，若现在的阵地再被突破，日军即可直趋大场，有切断中国军队后路的危险。第三战区与副参谋总长白崇禧研究后，决心以新投入战场的桂系第48军为主力，对蕴藻浜南岸日军实施反击。

    10月21日19时。全线炮兵集中火力，实施破坏射击；20时，各路反击部队开始进攻。但反击主力第48军的主要反突击方向，选在日军主力第13、第9师团主攻方向的主要进攻地段——陈行、顿悟寺、桃园浜一线上，日军的兵力、火力特别集中，中国军队有限的炮兵，根本无力制压日军各炮兵阵地及火力点。全凭血肉之躯，在暴露的阵地之外向敌冲锋，官兵虽极勇敢，但也无法突破敌人的阵地，在猛烈的敌火下，不到1小时，即伤亡过半，攻击顿挫。其他次要方向的反击部队，因缺乏必要的火力支援，亦均未能完成攻击任务。激战至22日凌晨2时许，日军开始反击，出击部队被迫后退。24、25日，日军在航空兵支援及坦克引导下猛攻中国军队阵地。26日大场镇失守。防守该地的第18师师长朱耀华羞愤自杀。大场镇的失守，严重威胁着中国军队的侧背，第三战区决心放弃北站至江湾的阵地，向苏州河南岸转移。第38师第524团中校团附谢晋元率1个营据守四行仓库，掩护部队转移。以后，在与本军完全隔绝的情况下，孤军奋战至30日，方在英军劝导下退入租界。

    当日军攻占大场镇时，中国军队逐次投入淞沪战场的部队，已达70个师又7个旅，大本营已无可以立即调至淞沪的部队。长江南岸守备区和杭州湾北岸守备区防备日军登陆的主要侧方保障部队，也因上海战局紧张，先后调至上海，因而，大本营主管作战的高级将领及前线高级指挥官如陈诚、顾祝同等，都建议按照持久消耗战的战略方付，迅速将上海的主力部队有计划地逐步撤至吴福、锡澄两条国防工事线上进行整补，最初已获最高统帅蒋介石的同意，并开始实施，但至10月底时，蒋介石突然改变决心，从政略角度出发，命第三战区的部队继续在上海与日军主力进行阵地消耗战。于是，中国军队在处于强弩之未的情况下，继续与新增加的10余万日军作更艰苦的战斗。

    11月4日夜，日军新增援的第10军（司令官柳川平助中将，辖第6、第16、第18