十日圍攻
七七事變後，上海的局勢已是山雨欲來黑雲壓城。這時，原先駐紮京滬地區的德式師第5軍中第87師在常熟、蘇州，第88師在無錫、江陰，第36師則因西安事變已調往陝西，上海近郊周邊地區隻有江蘇省保安團。因此7月13日，由何應欽主持的最高軍事會議上，決定增兵上海，将在蘇州的第2師補充旅（旅長鍾松）調往上海。鑒于《淞滬停戰協定》的中國軍隊不能進入上海市區及周邊地區的限制，該旅随後改稱獨立第20旅，其第1團改稱爲憲兵第13團開赴松江，第2團則化裝爲保安團秘密進駐虹橋機場。又調江蘇保安第2團接替浏河方面江防警戒，命保安第4團集結太倉。參加過一二八淞滬事變，1936年起就擔任京滬軍事指揮官的第5軍軍長張治中，早已對南京、上海地區抗戰部署和作戰計劃進行過初步研究，并草拟了《上海圍攻計劃》，也于同日被任命爲京滬警備軍司令，全權負責京滬地區抗戰軍事行動。
8月9日虹橋機場事件發生後，中日在上海已是劍拔弩張一觸即發。當晚，日本海軍第三艦隊司令長谷川清即命令日本本土的第八戰隊、第一水雷戰隊、第一航空隊、佐世保鎮守府第一特别陸戰隊、吳港鎮守府第二特别陸戰隊等部進入戒備狀态，随時待命出發。次日上述部隊登船前往上海，并于8月11日晚到達上海，使日軍在上海的海軍陸戰隊總兵力達到5000人，在黃浦江上的軍艦達31艘，還有9艘軍艦停泊在吳淞口外海。
8月11日21時，蔣介石命令張治中率第87師、第88師于今晚向預定攻擊出發陣地推進，準備對淞滬地區的日軍展開圍攻。根據這一命令，張治中立即向各部下達進軍上海的命令：
一、87師一部進至吳淞，主力進至市中心區；
二、88師進至北站與江灣之間；
三、炮兵第10團第1營及炮兵第8團進至真如、大場；
四、獨立第20旅在松江的一個團進至南翔；
五、炮兵第3團第2營及第56師由南京、嘉興向上海兼程前進；
六、56師師長劉和鼎爲江防指揮官，率領第56師及江蘇保安第2、第4團擔任東起寶山西至劉海沙的江防，主力控制于太倉附近。
各部接到命令後立即開始行動，87師在江陰、蘇州、常熟等地征集300多輛汽車，連夜開赴上海。87師在新式中央軍整建計劃中，曾作爲機動作戰摩托化運輸的戰術試驗單位，多次進行過運用摩托化車輛實施遠距離機動的訓練，所以此次進軍上海，87師能夠迅速利用就地征集的車輛實施運輸，組織有序行動迅捷，這也是中國軍事史上首次進行的師級單位摩托化運輸，88師則在無錫、蘇州地區登上緊急征用的火車，直接鐵運上海。
8月12日，87師進入上海吳淞、江灣一帶，88師到達真如、大場，裝備德制150毫米重炮的炮兵第10團第1營在大場開設陣地，張治中的指揮部也從蘇州到達南翔。至此，京滬警備軍所屬部隊已進入預定攻擊出發陣地。（上海市民見到這支部隊的精良裝備，即使是不谙軍事的普通百姓都知道這肯定不是保安部隊而是正規軍，意味着中國已經徹底抛棄了當年的淞滬停戰協定，不少團體、單位與個人紛紛前往勞軍，極大激勵了國軍官兵的士氣）
同日，京滬警備司令部撤消，所屬部隊改稱第9集團軍，下轄第87師、第88師、第56師、獨立第20旅、上海保安總團、炮兵第3、第8、第10團，仍由張治中任司令。張治中報告蔣介石，各部已展開完畢，準備于次日先發制敵開始攻擊。蔣介石卻由于駐滬各國領事團提出的24小時内不要發生戰端的要求，指示張治中暫時取消13日攻擊計劃。張治中對此深爲惋惜，在回憶錄中認爲這是錯過了一舉擊潰日軍在滬主力的良機。——如果真如張治中的計劃于13日拂曉開始進攻，未必能收到出敵不意的效果。因爲12日19時，駐滬日軍陸戰隊司令大川内傳七已下令部隊全部進入陣地并進行戰鬥準備。
8月13日9時15分，天通庵車站附近的中日兩軍已經在對峙的前線開始了小規模的直接沖突，88師262旅523團第1營打響了第一槍，八一三淞滬事變終于爆發了！整個13日，雙方交火頻發，但都隻是小部隊之間的零星對射，充其量是前哨戰，真正的戰鬥還未開始。當晚，國民政府下令第9集團軍于次日開始向虹口及楊樹浦之日軍開始全面攻擊。
8月14日，激奮人心的總攻終于開始了，上午中國空軍大舉出動支援，但是國軍尚缺乏空地協同作戰的經驗，地面部隊攻擊準備尚未就緒，未能利用空軍轟炸的有利時機發起攻擊。15時，張治中下達總攻命令，18時炮兵開始火力準備，随後第88師對虹口日本海軍陸戰隊司令部發起主攻，第87師則攻擊滬江大學作爲策應。激戰在八字橋、持志大學、愛國女校沿線展開，戰況殊爲慘烈，88師264旅旅長黃梅興在持志大學前沿被日軍炮彈擊中腹部當場陣亡，全旅傷亡近千，但是進展甚微。日軍傷亡也相當慘重，僅在88師正面的第一、第三大隊就陣亡中隊長貴志金吾大尉以下106人，傷337人。當晚張治中下令暫停攻擊。
15和16日，我軍爲準備第二次總攻，暫時停止了全線進攻。隻有87師爲取得總攻的出發陣地而于16日淩晨1時向油漆公司、愛國女校等地日軍發起攻擊，多處突破日軍防線，日軍調來坦克以及預備隊，才阻止了87師的淩厲攻勢。但87師還是攻占了五州公墓、愛國女校等地。
德國顧問根據幾天來的戰鬥，認爲我軍傷亡大戰果小的原因是攻擊敵軍最堅強的據點，以硬對硬，所以難以取得進展。因此必須改變戰術，從敵人脆弱之處突破，割裂敵軍戰線之後再予以各個擊破。遵循這一原則，88師指揮參謀人員和德國顧問一起研究制定了“鐵拳計劃”，挑選較有作戰經驗的精銳官兵組成突擊隊，配屬各種近戰武器，并有強大炮火掩護，力争一舉突破日軍防線，然後不顧一切持續深入突進，其目的不在于奪取敵據點和殺傷敵人，而是以持續不斷的推進來破壞敵軍陣地的穩定，造成不利于日軍的态勢，爲主力部隊大量殲敵創造條件。——這一戰術思想正是日後德國在二戰中大顯神威的“閃擊戰”的精髓！
8月17日清晨5時30分第二次總攻全面展開，88師的攻擊目标，是日租界虬江路一線，88師先對目标區進行猛烈的炮擊，接着步兵以機關炮和輕重機槍繼續對突破點進行密集射擊，虬江路沿線頓時成爲一片火海，幾乎所有建築物均遭摧毀，突擊隊随即在火力掩護下，開始突擊。同時師主力部隊則對虹口日本海軍司令部周邊展開攻擊，以策應突擊隊的攻擊。87師則是猛攻日軍海軍俱樂部和海軍操場，87師由于61師到達吳淞接替該師261旅的防務，使其能抽調生力軍261旅521團作爲突擊的骨幹力量，521團以兩個輕裝步兵營、一個37毫米戰防炮連、一個工兵爆破隊和通信班組成突擊隊（從突擊隊編成看，還是頗具多兵種合成的意味，而且是整個淞滬會戰中惟一的一次使用工兵爆破隊）。87師師部還特别要求突擊隊将攻擊到達的街道門牌号碼拆下，以爲憑據。由于采取了新戰術，我軍攻勢淩厲，進展十分順利，連續消滅日軍十餘個地堡，壓迫殘敵集中在較大之據點，當日87師進展最遠的一支隊伍，已打到了黃浦江邊！
在88師對日本墳山、八字橋、法學院、虹口公園等地進攻中，雙方反複争奪，傷亡甚重，僅在法學院一處，我軍就付出犧牲一營之衆的巨大代價。87師259旅第7、第8連接連攻占日軍海軍俱樂部、日海軍操場，但對滬江大學、公大紗廠、引翔港鎮的攻擊，苦戰終日也未得手。我軍炮兵射擊，命中率頗高，但因沒有燃燒彈，無法徹底摧毀堅固目标。日軍用堅固障礙物阻塞每一通道，并用裝甲車作爲活動碉堡，防禦部署幾乎無懈可擊，導緻突貫攻擊最後還是不得不演變成對各點目标施行強攻，原先的意圖沒能得到徹底貫徹，因此雖然獲得了不小戰果，但還是失敗了。這一仗極其慘烈，雙方死傷至爲慘重，虹口地區終日槍炮聲不絕，濃煙蔽日！
18日，中國政府接受英美法三國提出的上海作爲中立區，中日雙方軍隊撤出上海的建議，因此蔣介石命令張治中暫停攻擊。但是日本拒絕了該建議，于是蔣介石于下午又下令恢複攻擊。
同日，36師已從西安星夜趕來，到達上海北郊的吳家宅地區。日軍也在調兵遣将，從旅順和日本本土緊急調來2400名海軍陸戰隊，使其在上海的總兵力增至7000人。
19日，87師261旅522團因61師接替原防，得以全團抽身而出投入對市區的攻擊，該團作爲87師的先鋒，由北向南攻擊日軍楊樹浦陣地，一舉突入日軍楊樹浦防線，激戰至下午17時許攻占唐山路、公平路交叉路口，前鋒已攻入嶽州路，并繼續向百老彙路＃＃＃。36師集中兩個團從楊樹浦北側南下，從522團攻占的地區出發向保定路推進。日軍當晚以坦克支援步兵對87師和36師進行多次反擊，均被擊退。
20日淩晨1時，36師106旅繼續向南攻擊，于天明時分進至沙泾港、嶽州路、昆明路一線，其左翼已與87師打通聯系。張治中親臨江灣87師師部指揮作戰，決心利用87師和36師突入楊樹浦租界進至嶽州路的有利态勢，以主力向彙山碼頭突擊，實現中央突破，切斷日軍左右兩翼的聯系，然後向兩翼卷擊。爲此将剛從南京趕來的裝甲團戰車營的戰車第1、第2連的六輛英制維克斯6噸輕型坦克配屬生力軍36師，以裝備德制37毫米戰防炮的教導營配屬給87師，進一步加強其突擊力。
下午，張治中下令87師協同36師向當面之敵猛攻，力求直突彙山碼頭。同時令88師佯攻虹口，98師警戒沙泾港以西。
36師師長宋希濂在新港開設師部，親自指揮211團攻擊沙泾港西岸之敵，215團和216團在戰車第1連的配合下沿鄧脫路和兆豐路向南猛攻，212團則沿舟山路攻擊前進，掩護主攻方向側翼。當夜24時36師開始主攻，作爲前導的戰車第1連奮勇沖殺，連破日軍數道防線，但是步兵被日軍密集火力所阻，未能及時跟進，結果坦克因失去步兵支援被日軍擊毀！後續步兵雖然失去坦克支援但依舊毫無躊躇猛攻不止。日軍盤踞在道路兩側的高樓上，居高臨下組成交叉密集火網，并以坦克、裝甲車掩護步兵分隊實施反撲。212團在舟山路華德路口遭到密集火力攔截，傷亡慘重，106旅長陳瑞河也在戰鬥中身負重傷。215團的攻擊也同樣難以前進，第2營營長李增陣亡。部隊見正面攻擊無法奏效，便迂回側後的小巷，準備從高樓後面攀窗而上，結果日軍坦克突然殺出，以炮火封鎖了巷口，再以燃燒彈猛轟，300多官兵葬身火海！216團前赴後繼沖過百老彙路，一直攻到彙山碼頭大門前，但是沒有随伴炮火摧毀堅固的碼頭大鐵門，而四周日軍彈如雨下，稍有遲誤便有大量傷亡，團長胡家骥身先士卒攀爬鐵門，官兵相繼跟進，但是攻入碼頭的部隊立即遭到日軍猛烈側射火力壓制，死傷枕籍，胡家骥左右随從死傷殆盡，胡家骥也身中五彈！眼見無法鞏固戰果，死傷又重（216團傷亡高達570人），216團隻好退回引翔港，日軍乘勢反擊，宋希濂緊急投入師預備隊工兵營才穩定戰線。
21日就在第36師發動猛攻後，87師也開始攻擊，戰至午後先後攻占了精版印刷廠和康泰面粉廠，但是對日軍在滬東最重要的據點公大紗廠卻屢攻不下。
同日，另一支德式部隊中央軍校教導總隊也從南京抵達上海江灣地區。
22日，雙方依舊激戰不止，但戰線呈現膠着狀态。
23日3時，36師經過短暫調整以3輛坦克和3個步兵營再次向彙山碼頭發起攻擊，此次步坦協同比昨日大有進步，坦克接連摧毀日軍多處陣地，步兵以血肉之軀吸引縱深日軍重機槍火力，掩護坦克突入敵陣将其摧毀。戰至5時，再次沖入彙山碼頭，并肅清碼頭日軍。但日軍停泊在黃浦江上的軍艦立即以艦炮猛轟，接着百老彙路兩端日軍在飛機支援下從兩面反撲，國軍坦克全部被毀，沖入碼頭的官兵死傷累累，一營之衆僅數十人生還！被迫退回唐山路，此次突擊功敗垂成！
但是幾天來，國軍各部的猛攻，已切斷日軍兩翼，壓迫其主力收縮至陸戰隊司令部和公大紗廠等幾個孤立據點。楊樹浦日軍面對國軍勇猛突擊，驚恐之下竟縱火爲障，百老彙路、公平路等地的大火整整燒了三天三夜！更有三批共約四五百人慌不擇路逃至外白渡橋，向守衛租界的英軍投降！繳械後被關押在外灘公園。
8月23日，日軍後續部隊第3師團在川沙登陸，直接威脅到中國軍隊的側後安全。因此八一三淞滬會戰期間進攻日租界的戰鬥就此告一段落，從此後日軍從守勢轉爲攻勢，戰役态勢也随之逆轉。進攻日租界的戰鬥，中國軍隊投入以德式師爲代表的精銳主力，鏖戰整整十日，史稱十日圍攻。付出了巨大代價，最後卻功敗垂成，其中原因，除了日軍擁有絕對優勢的海空火力支援外，我軍在作戰初期未能集中優勢兵力（前五日實際隻有第87師和第88師兩個師），也是重要因素。可以設想，要是在8月14日就一舉投入四個師，結局必然大不一樣。此外，德式師在戰鬥中所采取的閃擊戰術，比較适用于寬正面大縱深的野戰戰場，而不是高大堅固建築物林立的狹窄市區。而且德式師在攻擊堅固建築爲依托的市區時，火力薄弱的緻命缺陷一展無遺（雖有裝備150毫米的重榴彈炮，但是因爲市區裏缺乏有利的放列陣地隻能部署在市郊的大場，因距離較命中精度太差，又沒有使用燃燒彈，效果可想而知！），更令人不解的是，德式師居然沒有想到使用爆破戰術（國共戰争期間，解放軍攻克堅固設防的城市主要就是依靠爆破戰術！），實在令人難以相信！
淞滬會戰是中國軍事史上在近代勵精圖治，進行現代化建設以迎頭趕上世界潮流的過程中，運用現代化程度最高的德式師精銳部隊所進行的第一次三軍立體協同作戰，德式師在戰役中所展現給世人的風采，令戰場上的對手日軍也贊歎不已，在日軍戰史上甚至将淞滬會戰稱爲“德國式的戰争”。
十日市區圍攻也是德式師戰史上最爲壯懷激烈的篇章，然而其最後功虧一篑實在令人扼腕！
淞滬苦戰
8月23日後的淞滬第二階段作戰中，36師、87師、88師雖疊經苦戰，傷亡慘重，但是依然堅持戰鬥在第一線，除以主力繼續攻擊市區的日軍，還不時抽調部隊對外圍日軍進行反擊，以鞏固防線。
8月24日和25日夜，張治中從第36師和第87師各抽調兩個團組成突擊集團由第36師師長宋希濂統一指揮，向泗塘河一線日軍出擊。該兩師在市區的四個團則退至租界交界地區固守。出擊部隊利用夜間連續組織攻擊，以血肉之軀與日軍艦炮與飛機的猛烈轟擊相搏，傷亡甚重卻無法殲滅當面之敵，與敵在泗塘河一線形成對峙。（教導總隊中非德式裝備的第2團于23日下午趕到泗塘河，但是在馳援途中就遭日軍猛烈炮火攔截，還沒參戰就已蒙受了很大損失，實力大損，因此隻打了一天全團傷亡就已過半，難以再戰而退出戰場休整。）
8月27日，在市區的國軍部隊調整部署，第88師和獨立第20旅一部爲右翼退守閘北，第36師和獨立第20旅另一部居中，退守引翔港與滬江大學以北，第87師和新到達的第61師爲左翼，堅守吳淞。
9月6日，日軍爲保證其在公大紗廠所建立的臨時機場安全，以坦克一個小隊、炮兵一個中隊、步兵一個大隊的兵力猛攻公大紗廠以北36師陣地，36師頑強抗擊，擊斃日軍大隊長飯田七郎。
9月11日，月浦、楊行相繼失守，德式師所堅守的江灣、廟行一線成爲整個戰線的突出部，态勢極爲不利，因此命令第9集團軍主力撤至蘊藻浜、廟行、江灣、北站一線。
9月21日，張治中調任大本營管理部部長，第9集團軍司令由朱紹良擔任，87師師長王敬久升任71軍軍長、88師師長孫元良升任72軍軍長，36師師長宋希濂升任78軍軍長，但是這三個軍部隊均無增加，都隻編有一個師。
9月26日又一支德式部隊稅警總團投入淞滬戰場。該團甫到戰地便接替第87師在蘊藻浜以南陳家行地區防務。10月2日日軍第九師團、第三師團開始強渡蘊藻浜，激戰兩日之後，日軍從側翼突過蘊藻浜，稅警總團陣地陷入三面受敵的險況，但仍抱必死之決心奮戰不止。嚴家橋、曹家宅兩地守軍死傷殆盡後陣地始爲日軍所占，稅警總團立即在友軍配合下進行強力反沖擊，乘日軍立足未穩重又奪回兩地。日軍旋以炮火猛轟，繼而投入步兵，稅警總團與敵苦戰不已，多次展開慘烈的白刃肉搏，嚴家橋的守軍第二次全部犧牲後陣地才告易手。10月15日稅警總團終因傷亡太重而被調至後方休整。
10月24日至25日，第87師堅守馮宅、廟行、李家樓一線，正是日軍主攻焦點所在，87師官兵浴血苦戰，頂住了日軍連續猛攻。26日黃昏，戰線重要支撐點大場失守，緻使廟行的87師、閘北的88師和江灣的36師側後暴露，不得不向蘇州河以南撤退。
德式師退到蘇州河以南時，因連日激戰的巨大損耗，其戰鬥力已降至最低點，時任炮兵總指揮的鄒作華少将就曾回憶到：“在江灣、閘北方面的部隊經過三個月的浴血苦戰，元氣大損，36師、87師和88師都是筋疲力盡，差不多沒有戰鬥力量了。”但是，德式師各部士氣依舊高昂，當大場失守的消息傳來，閘北的88師官兵無不悲憤敵忾，一接到死守閘北的命令，全師上下均爲得到迎擊日軍效命疆場的機會而歡聲雷動！
國軍沿蘇州河以南倉促建立防線，36師、87師、88師和稅警總團等德式部隊均在其列。
爲掩護全軍後撤，88師仍堅守閘北市區陣地，死守不退，給予日軍重大殺傷，被日軍稱作“可恨之師”！目睹閘北之戰的英國駐上海部隊司令斯摩蘭準将感歎到：“從來沒有看見過比中國軍隊最後保衛閘北更壯烈的事了！”——88師自8月13日開戰以來，一直就在閘北作戰，最初是十日圍攻，随着日軍在寶山登陸後戰役重心北移，88師對當面日軍采取守勢，形成對峙，直至10月27日撤離，足足堅守了兩個半月，未失寸土。
國軍全線後撤時蔣介石曾打算讓88師留守蘇州河北岸，征求88師師長孫元良意見時，孫認爲孤軍死守毫無價值，最後隻決定派一個團留守，實際上孫隻命令524團團附謝晉元率該團第1營450餘人，号稱八百壯士，孤軍死守蘇州河北的四行倉庫，從10月27日至31日夜血戰四晝夜，抗擊日軍數十次攻擊，斃敵兩百餘，最後奉命殺出重圍退入公共租界，這一壯舉更是大振軍威國威，寫下淞滬會戰中最爲激動人心的篇章！
10月30日，日軍向蘇州河以南發動攻勢，以稅警總團所在的周家橋地區戰鬥最爲激烈，稅警總團接連擊退日軍七次強渡。但日軍最終還是在猛烈炮火的彈幕射擊掩護下渡過蘇州河，稅警總團總團長黃傑親赴第一線指揮，雙方在劉家宅反複争奪，陣地幾度易手，每樓每屋都是經過激戰。周家橋地區也成爲整個淞滬會戰中日軍死傷最重的戰場之一，最終劉家宅和周家橋兩村因守軍稅警總團死傷慘重而失守，時任第4團團長的孫立人也身負重傷，身上共中13塊彈片！次日36師趕來增援，與稅警總團聯手反擊，鏖戰終日，仍未能奪回劉家宅。
11月3日，日軍繼續猛攻稅警總團陣地，第5團團長丘之紀陣亡，全團官兵死傷過半。第4團随即投入戰鬥，以淩厲的反突擊攻入劉家宅，但隻奪回了南側一半的民宅，日軍據北側民宅頑抗，雙方在村内逐屋逐室争奪，戰況極其慘烈。戰至18時，稅警總團終因傷亡太大而由36師接替周家橋一帶的防務。
11月5日，日軍第10軍（下轄第6、第18、第114師團及由第5師團第9旅團編成的國崎支隊）在杭州灣登陸，淞滬地區的國軍有陷入包圍的危險，第三戰區随即按照蔣介石的指示下令總撤退。由于命令傳達手段落後，撤退命令到達部隊時已經錯過了最佳時機，各級指揮部已很難掌握部隊，撤退命令所規定的逐次掩護根本無法得到落實，形成了各自潰退的混亂局面。
德式師主力憑借平素嚴格的訓練和嚴明的軍紀，盡管部隊已經進行四五次補充，原先訓練有素的中下級軍官和士兵幾乎損失大半，所餘不及十之二三，但是其部隊的軍魂依舊，在此大混亂的局面下沒有潰散，36師和88師于11月15日建制基本完整地撤至南京，87師于12月上旬從鎮江撤回南京。