盧溝橋事變爆發37天后,日本侵略軍又向上海發動了大規模進攻。中國軍隊英勇抗擊,進行了歷時3個月的淞滬會戰。
1937年8月9日,駐滬日海軍陸戰隊官兵兩人,驅車闖入虹橋機場進行武裝挑釁,當即被中國守軍擊斃。8月13日,日軍以此為借口,大舉進攻上海(八一三事變)。駐上海的中國軍隊第九集團軍,在張治中率領下奮起抵抗。國民黨政府陸續調集6個集團軍70余萬人抗擊,初戰獲勝。從8月23日起,日軍多次在長江口登陸,攻擊守軍左翼,遭頑強抗擊。隨后,日軍逐次增兵,加強上海派遣軍的力量。中國軍隊也陸續增援,不斷調整部署。9月11日以后,蔣介石自兼第三戰區司令長官。9月下旬至10月初,日軍增援部隊陸續在上海登陸。9月30日拂曉,日軍向中國軍隊發起猛攻,中國守備部隊陷于苦戰,傷亡慘重。11月5日,日軍一部從杭州灣登陸,迂回守軍側后,合圍上海。守軍被迫撤退。11月12日,上海市區陷落。
在戰役的最后階段,10月26日晚,守衛大場防線的中國軍隊第88師第524團第2營400余人(報界宣傳稱“八百壯士”),在副團長謝晉元、營長楊瑞符的指揮下,奉命據守蘇州河北岸的四行倉庫,掩護主力部隊連夜西撤。在日軍的重重包圍下,守衛四行倉庫的中國軍隊孤軍奮戰,誓死不退,堅持戰斗4晝夜,擊退了敵人在飛機、坦克、大炮掩護下的數十次進攻。與此同時,上海人民也以極大的愛國熱情支持和鼓勵著壯士。人們冒著生命危險,把慰問品、藥品源源不斷地送入了四行倉庫,支持壯士們抗擊日軍。戰至30日,守軍接到了撤退命令,中國守軍沖出重圍,退入英租界。這次英勇作戰,中國軍隊以寡敵眾,共斃日軍200余名,被國際社會贊為奇跡。
日本帝國主義進攻上海,嚴重威脅到蔣介石的統治,國民黨政府被迫實行抗戰,從此,全國進入了抗日戰爭。