“盧溝橋事變”后，日本首相近衛文麿曾試圖使事態不擴大，并在軍部作戰部長石原莞爾的鼓動下打算親自飛到南京和蔣介石商談，但是由于日本軍方強硬派的反對，近衛南京之行的計劃不了了之。后來，近衛文麿又派親中的國會議員宮崎龍介乘船前往南京與蔣介石會談，但宮崎龍介在上船時被日本憲兵逮捕，強行送還東京。在這樣的形勢下，近衛文麿向軍方妥協，采取了對中國的強硬姿態。

中國方面，蔣介石也深知單靠中國自己的力量是不可能打敗日本的，必須借助第三國的軍事力量與日本抗衡，并采取適當的戰略與敵周旋。具體的說就是：設法使英、美、法等西方列強對日本的侵華進行干涉，同時充分利用中國空間土地廣闊的優勢，“以空間換時間”，求得持久的勝利，不重一城一池之得失，以“積小勝為大勝”成全大局。根據當時的戰局，日軍是打算自華北一路向南攻擊，進而席卷全中國的，南京方面認為這種態勢十分危險，因為日軍的實力遠超過國軍，自北向南的行進很可能會將國軍擠壓到東南沿海一帶聚殲，那時國軍將毫無退路。因此，蔣介石在7月下旬決定，開辟第二戰場，將日軍“由北向南”的戰略進攻方向，改變為“由東向西”，這樣國軍可以背靠自己的大后方，擁有廣闊的戰略緩沖，進而達到持久作戰、以待時機的目的。于是，蔣介石在1937年8月主動進攻駐上海的日本海軍陸戰隊，發起了“淞滬會戰”。

“淞滬會戰”爆發于1937年8月13日，因此也稱“八一三事件”，是抗日戰爭時期中日軍隊之間的首次主力會戰。在這次會戰中，中日雙方共投入近百萬的兵力，國軍集結兵力達70個師，日軍也有10多個師團，并有重炮和戰車相助；從“八一三”到上海失陷，中日雙方激戰三個月，都有很大的損失，中國軍隊通過此戰達到了迫使日軍將主力自華北轉移至上海的目的。

之所以將會戰地點選在上海，主要是基于以下幾個方面的考慮。首先，從政治上說，上海不僅是當時中國最大的城市，也是一個國際大都市，乃“中外觀瞻所系”，“國際觀感”十分重要，因此在上海進行的戰斗必然會引發西方列強的干預，南京最高統帥部是以決定“不惜任何犧牲，予以強韌作戰”。 其次，從經濟上說，上海是中國的經濟重心，國民政府必須要保護在上海的經濟和財政利益，同時上海和江浙一帶的工廠、物資也需要在對日作戰的掩護下，向內地遷移。最后，從軍事戰略上說，中國軍隊在長江流域作戰，比在黃河流域更為有利。因為中國缺乏機械化部隊，不宜在華北平原對日作戰，而長江中下游地區則湖沼山地密布，利于掩護。

根據中日在1932年5月5日簽訂的《淞滬停戰協定》，中國軍隊不能在上海市區和周邊駐防，因此當時上海僅有淞滬警備司令楊虎所轄的上海市警察總隊及江蘇保安部隊兩個團担任守備，兵力十分薄弱。相反，日本在“一·二八”之后卻在上海虹口和楊樹浦一帶派駐了重兵，并專設日本駐滬海軍陸戰隊司令部，兵力3000余人，同時還有大批日本艦艇常年在長江、黃浦江沿岸巡弋。1937年7月24日，上海日本海軍陸戰隊忽稱一名叫宮崎的水兵失蹤，要求封閉虹口機場，不久，這名士兵被找到并送還日本領事館。日本借機于7月底訓令長江沿岸的日本僑民撤離。8月初，日本第三艦隊在黃浦江進行了兵力部署，國府也從全國各地調部隊向上海集結，但是由于當時交通工具缺乏，大多數國軍都是靠兩條腿行軍，因此許多部隊在趕到戰場時，仗已經打完了。

1937年8月9日下午五點半，日本海軍陸戰隊中尉大山勇夫和水兵齋藤要藏兩人，駕駛軍用汽車至虹橋機場附近滋事，中國保安隊阻其前進，雙方因此發生沖突，結果大山勇夫和齋藤要藏被擊斃，造成所謂“虹橋機場事件”。事發后，日方否認日本海軍陸戰隊官兵當日有人奉命外出，并稱即使有人外出，也絕不會到虹橋機場，因為日本官兵是絕對不應該到機場的。8月9日夜，中日雙方經協商決定，通過外交途徑解決問題，避免事態擴大。8月11日，日方態度驟變，聲稱對于“虹橋機場事件”，日本全國極為震動，東京政府雖同意用外交途徑解決，但也認為有向中國“質問”對本案態度的必要，并附帶提出兩項要求：一、將保安部隊撤退；二、將保安部隊已筑之防御工事完全撤除。”，中國方面對此表示拒絕。隨即，日本開始動員駐滬海軍陸戰隊和艦艇登陸人員緊急備戰。

8月11日，京滬警備司令張治中進駐南翎，國軍開始在上海楊樹浦及虹口以北布防。8月12日，南京政府召開最高國防會議和國共聯席會議，設立國防最高委員會，以蔣介石為陸海空軍大元帥，領導全國抗戰，確定了持久消耗戰的作戰方針，并將全國劃分為新的戰區，重新調整部署全國軍隊。同日下午，淞滬停戰協定共同委員會在上海公共租界開會，中日代表唇槍舌戰，會議毫無結果，不歡而散。當晚，日本海軍陸戰隊開始陸續登陸，在楊樹浦、閘北和虹口一帶布防。至此，日軍已在上海集結了一萬五千人。

1937年8月13日上午9時15分，中日兩國軍隊在上海開戰，“八一三”淞滬會戰拉開帷幕。當天，國軍與日軍在寶山路、八字橋和天通庵一帶展開戰斗，擊退日軍。同日，南京政府下令將張治中部改編為第九集團軍，張治中出任總司令。8月14日，在第九集團軍進行圍攻準備的同時，中國空軍轟炸了日本海軍陸戰隊司令部和第三艦隊。這一天，南京政府還發表了《自衛抗戰聲明書》，宣布要進行全國抗戰。8月15日清晨，第九集團軍向據守上海市區的日軍發起進攻，日軍統帥部也于當日下令組建上海派遣軍，以松井石根為司令官，從國內調兩個師團增援上海。由于日軍的海空軍實力遠超過國軍，因此國軍在15日的進攻沒能達到預期目標，反而損失慘重。8月15、16日，中日空軍發生激戰，日軍數十架飛機被擊落；17日，中國海軍在上海外灘擊傷日本戰艦。

8月20日，鑒于戰爭的擴大，南京政府設立了抗戰最高統帥機構——大本營，蔣介石任大元帥，程潛、白崇禧任正副參謀總長（10月大本營改稱軍事委員會，蔣介石仍以委員長名義負責指揮）。隨后，大本營頒布了《國軍戰爭指導方案》和《國軍作戰指導計劃》，擬定了攻守計劃，并將全國劃分為五個戰區，淞滬戰場屬第三戰區，由馮玉祥任司令長官，顧祝同任副司令長官，陳誠任前敵總指揮。在整體上，中國軍隊以一部集中華北，重疊配備設防，阻擊華北日軍沿津浦鐵路南下，同時以最小限度兵力守備華南沿海各要地。最后，南京計劃以國軍主力迅速掃蕩淞滬日海軍根據地，阻止敵軍登陸，并確保山東、山西，力求爭取時間以牽制消耗敵人。

8月20日清晨，國軍再次發起進攻，經過一晝夜激戰，于21日攻入匯山碼頭。8月22日，日本上海派遣軍先頭部隊開始在楊樹浦附近登陸，第九集團軍側翼受到威脅，進攻因此中止。8月23日清晨，日軍兩個師團在吳淞、寶山、川沙口等地強行登陸，國軍也抽調部隊予以迎擊。此后，由于日軍重炮和戰車部隊相繼抵達，并有海空軍配合，國軍因此陷于苦戰，戰事呈現膠著。9月1日，日軍為連接和擴大兩個師團的登陸場，從獅子林和吳淞兩面夾擊寶山，國軍死守到7日，全部陣亡。9月10日，國軍調整部署，改為守勢，從11日到14日，張治中集團軍與陳誠集團軍退守瀏河鎮－羅店－蘊藻濱－江灣－洋涇一線。9月14日，日軍對國軍防線發起全面進攻，且集中火力于羅店附近，17日國軍被迫后撤。9月21日，日軍再次攻擊，以重兵進攻國軍左翼部隊，迫使國軍退守蘊藻濱之線，此后日軍乘勝追擊，向蘊藻濱進行突破作戰。

9月間，蔣介石宣布兼任第三戰區司令長官，并于21日再次調整部署。9月下旬，日軍的第二次增兵完成，又有三個師團、一個旅團和空軍一個團開赴上海加入戰斗，日軍總兵力達到12萬人，戰車200輛、飛機200余架、火炮300余門，其大規模會戰的條件日益成熟。從10月1日開始，日軍海陸空相配合，對國軍防線發起了多次大規模的進攻；10月27日，國軍被迫向蘇州河南岸轉移，至11月5日與日軍對峙于瀏河鎮－羅店西方－蘇州河左岸至南站之線。國軍撤退時，第88師第524團副團長謝晉元，率第1營官兵繼續堅守蘇州河北岸的四行倉庫，孤軍奮戰四晝夜，打退日軍多次進攻，被稱為“八百壯士”，后于31日奉命退入公共租界。期間，10月28日深夜，女中學生、童子軍楊慧敏，把一面4米長的國旗纏在腰間，冒生命危險沖過日軍火力封鎖，將國旗獻于“八百壯士”，次日凌晨，守軍在四行倉庫樓頂升起國旗。后來，楊慧敏送旗的壯舉，經路透社傳遍全世界，表現了中國人萬眾一心、同仇敵愾的抗戰精神。

隨著戰斗的進行，中日雙方都在不斷增兵。至10月上旬，日軍總兵力已增加到20多萬人，并在10月中旬決定從華北、東北和國內抽調部隊自杭州灣北岸登陸，打擊國軍側后。11月5日，日軍在杭州灣金山衛附近正面登陸，擊潰中國守軍，繼續以主力向松江進攻。11月7日，各路日軍進行合編，由松井石根統一指揮，意圖迅速合圍上海守軍，戰局急轉直下。鑒于誘使日軍主力自華北轉至華東的戰略目的已經達到，蔣介石于11月8日下令國軍全線撤退。11月10日夜，國軍開始沿京滬線兩側地區撤退，向吳福線轉進，期間日軍曾多次發動攻擊，試圖切斷國軍主力的退路，但均告失敗。11月12日，上海失守，“淞滬會戰”至此結束。