9日上午10时，日军集中军舰炮火和飞机轮流对军工路一带的第九集团军左翼进行猛烈射击与轰炸，并掩护一个联队（3000余人）的步兵进攻，激战至当天薄暮时分，敌伤亡惨重，中国军队也受到很大损失，但因奋勇抵抗，阵地屹然不动。10日、11日两天，进攻第九集团军方面阵地的日军又不得不消停下来。
11日，日军主力进据十五集团军守卫的杨行，续向刘行窜犯。在持续了半月之久的杨行之战中，第一军第七十八师受到日军猛烈攻击，阵地上一片烟火，激战时每秒钟有五六发炮弹爆炸。双方展开了残酷的生死搏杀，冲锋与反冲锋不计其数。
目睹了这场惊天动地的血战后，中央社记者发出战地电讯称：
据午夜所得报告，昨日战事重心，完全移至杨行与月浦线。敌军由吴淞方面进犯时，全凭猛烈炮火作为掩护，计参加作战之敌军大炮，共达100余门。我军以血肉之躯，与敌军弹药相拼，作战精神之勇猛壮烈，足以惊天地而泣鬼神。当前晚我军由杨行后移时，敌军尚未发觉，仍以重炮猛轰两小时，然后始以步兵前进。我军俟其接近，即予猛烈反攻。战至昨晨，敌军卒不支溃退，死伤之重，得未曾有。惟我军再进至杨行镇时，敌又以重炮飞机轰炸，我军不得已再将阵线稍稍后移。迄午夜止，仍对该方敌军，严密监视中。
在杨行之战中，整个第一军都打得异常顽强，其死伤也非常严重，其中2个旅长负伤，2个团长殉国，营以下军官及士兵伤亡高达80%，这个曾经的“天下第一军”已经被打残了，战力从此无法恢复；而身为军长的胡宗南却了无怨言，这位坚忍的小个子从不向上级诉苦，直到第三战区副司令长官顾祝同知道后才让他把部队撤下来，胡宗南这才告诉顾长官：“再不换防，明天我也要拿枪上去顶缺了。”
14日，陈诚亲往刘行视察，见形势岌岌可危，便向统帅部建议相机转移阵地，保存战力，以便步步为营，节节抵抗。
陈诚报告称，其所部十五集团军自8月22日参战，至9月7日，仅第十一、第十四、第六十七、第九十八、第五十六五个师即伤亡官兵9039名，第六师吴淞一役，即伤亡过半。“大部受敌飞机、大炮轰炸，人枪并毁。”其三十六团第二连，守卫火药库，“死守不退，致全部轰埋土中”。其中蕴藻浜沿河之战，“双方死亡俱奇重，浜水皆赤，所谓流血成河，显系实在景况”。
蒋介石虽然核准了陈诚的建议，可是心有不甘，又临时令各部再苦守3天，再行转移阵地。
江岸地形非常有利于日本陆海空军协同作战，中国军队在此苦守死战，大大增加了抵抗的难度与伤亡。
第九集团军总司令部参谋处作战科科长史说后来回忆说：“日军在长江沿岸及黄浦江沿岸继续登陆，与我军一个点一个点地争夺，往往日军白昼占去，夜间我又夺回……在日军舰炮火下，（中国军队）伤亡惨重，往往一个部队，不到几天就伤亡殆尽地换下来了。我亲眼看见教导总队那个团，整整齐齐地上去，下来时，只剩下几付伙食担子。”（转引自《找寻真实的蒋介石》）
战事的不顺也加剧了张治中与蒋介石之间的矛盾，以致促使他最后不得不选择了离开。
自从8月14日以来，“我没有好好吃过一餐正式的饭，也没有得到一夜的安眠。在过度疲劳之后，也忘记了困乏，只是感到眼睛是红的，喉咙是嘶哑的。”这些本没有什么，只是蒋介石的很多做法让张治中感到刺痛在心，伤了自尊。
8月23日的时候，张治中冒着危险从太仓到嘉定找到了第十八军军长罗卓英，罗卓英见面第一句话，就问道：“张总司令为什么会跑到我们这里来？”张治中心想，你归我指挥，我当然要来看看你这里的情况。
可是双方谈过之后，张治中才晓得，陈诚如今已不是军政部次长，他已经做了第十五集团军总司令；自蕴藻浜以北地区的防务，统归第十五集团军，由陈诚指挥。
“我与罗卓英谈了半天，傍晚回到徐公桥总司令部。这时，我一肚子的闷气，怎么发表了陈诚做第十五集团军总司令，连我也不通知。第十八军本归我指挥，为什么忽然划归第十五集团军？这究竟是什么缘故，真令人费解。”对于蒋介石这种专断的作风，张治中实在是想不通，不过更郁闷的事情还在后面。
从罗卓英那里回来之后，张治中得到消息说第三战区副司令长官顾祝同已到达苏州。张治中心想，两日以来，自己只专顾前线，没有同后方联络，此次应该到苏州看看顾祝同，和他商酌一些问题，并可借此向南京统帅部报告请示。
张治中一到苏州，还未及见顾祝同，就打电话给蒋委员长，满想申说一番自己内心的苦闷。不料，蒋一接电话，就厉声地问张治中：“你在哪里？”
张答：“在苏州。”
蒋又问：“为什么到苏州？”
张答：“为着左翼作战，亲到嘉定会罗卓英，听说顾墨三（顾祝同字）到苏州来了，所以来同他商量问题。”
蒋在电话里又大声地叫：“为什么商量？两天找不到你，跑到后方来了！”
这一顿没头没脑的批评，让脾气一向很好的张治中也忍不住了：“罗卓英原来归我指挥，我不能不去看看，我不知道他已划归第十五集团军陈辞修（陈诚字）指挥了！”
电话里的声浪越来越大，蒋介石没想到居然有人敢和自己硬顶，所以对于张讲的根本不理，只是严厉地责问：“为什么到苏州？为什么到苏州？”
“委员长应该怎么办？我是到苏州与顾墨三商量问题的。我一直在前方，委员长究竟怎么样？”张耐不住了，索性说厉害一点。
“你究竟怎么样？还问我怎样？”蒋气鼓鼓的，一下就把电话挂了。
由于这个电话，让张治中伤心极了，他心想：我怀着很大的伤感，莫大的委屈，为什么？
“八一三之战，是展开全面抗战的序幕，何等光荣，何等神圣。我在淞沪一带的部署，自信毫无错误。尤其像我以一个总司令的地位，大胆而勇敢，从８月14日起，一直在师部，在第一线，亲在叶家花园的水塔上督战，始终站在最前线。至于上海未能一举占领，统帅部失机于先，三次叫我停止攻击；后来，大战展开，除陆军外，又没有有力的空军配合。”（《张治中回忆录》）
就在抗战之初，蒋介石问张治中有无制胜把握，由于接触广泛、视野开阔，张治中对于立体化战争也有了一点认识，所以他说一定要有空军和炮兵的密切配合。等到开战之后，空军和炮兵的配合并不能尽如人意，以致未能达到占领全沪的目的。
“我这两天（23日、24日）都在前线奔忙，稳住了正面，阻止了左翼登陆的敌人进攻。只因前线电话线屡被炸断，以致没有与后方通电话。我是临阵脱逃吗，为什么不能谅解，反向我生这样大的气呢？这个意外的横逆刺伤了我的心！”
实际上，对比日军中那些惯于“下克上”的将领们，张治中的服从政略、顾全大局，可谓是无可指摘的。
其实，自从9月初上海战场形势迅速逆转以来，蒋介石的情绪开始变得很恶劣。他在检阅战报时一面坚信“沪战当可持久，敌虽再增三个师团亦无能为力也”，可是另一方面，却也现出急躁和不安。蒋介石常常怒火中烧，对负责第三战区的陈诚和第九集团军的张治中颇多斥责和痛骂，他忽而痛斥“张治中指挥无能”，忽而指责何应钦用人不当，忽而大骂空军主将“愚劣怯懦”，且常常发起脾气来“责骂（下属）不留余地”。
因此说，张治中的遭遇并不是特例，只是他的自尊心太强，导致了最后的离职。
由于日军增援部队的到来及火力的进一步加强，从9月11日起，上海的战事进入了另一个阶段，即由攻势转为守势的时期。
此时，据中方估计，日军在上海地区投入的总兵力已经达到8万余人，军舰40余艘，更有天上敌机成群结队，滥施轰炸。9月10日夜，第十五集团军右翼阵地被敌突破，退到杨行、月浦的新阵地，与敌对峙。这样一来，第九集团军的左侧背因之越发暴露，大受威胁。
11日上午，日军又向蕴藻浜南岸阵地猛袭，战斗异常激烈，潘家宅、徐家宅的阵地被敌占领。中国军队退到河的西岸固守，并由第二六一旅派兵一部在蕴藻浜上游警戒。午后，张治中接到第三战区司令长官的命令：“为整理淞沪嘉浏一带阵地，节约兵力，俾达韧强抗战之目的，着第九、第十五两集团军即转移。第九集团军即向北站、江湾，庙行、蕴藻浜右岸之线转移，占领预筑阵地，但须节约兵力，抽出第六十一师及独立第二十旅充集团军预备队。”
张治中随即依令变换阵地，转入守势。各部队奉令后，即于夜间开始行动，到第二天拂晓前，转移部署均告完毕。直到9月23日，张辞职照准那一天，第九集团军正面，双方暂时没有多大接触，可以说一切无变化。
身体上的疲惫不堪还可以忍受，不能忍受的便是精神上的苦闷，所以张治中不得不决心辞职。
9月8日那天，张治中曾亲函蒋委员长恳切表示辞职的至诚，并荐贤自代。通过白崇禧的关系，本来张治中推荐的是顾祝同，可是顾不愿兼代，张治中只得又推荐了时任第三战区中央军总司令的朱绍良，他甚至建议将第九与十五两集团军合并，由陈诚统一指挥。
由于各种原因，战场上袍泽们的惨痛牺牲，也使得张治中无法忍受，他尤其不满于蒋介石的瞎指挥，与陈诚在意见上分歧、摩擦也很大。同样，蒋介石对于张治中的指挥虽然也是不满的，只是他又担心没有合适的人接替张，所以一会儿批准、一会儿又不准张的辞职。直到9月22日，才下令调张治中为大本营管理部部长，而由朱绍良接替了他。
回到南京之后，蒋约张治中吃饭，身心疲惫的张请求回家休养。蒋说：“好，但你先就了职再走。”于是他遵命先就了管理部部长的职，随即带着一个困乏的身体和一种落寞的心情，回到故乡安徽巢县的洪家疃了。
与此同时，还有一位重要人物辞职，这就是石原莞尔。
3.华北烽烟
当决定了向上海再增派三个师团后，身为作战部长的石原莞尔当即提出了辞呈。9月23日，石原正式离职。
后来参谋本部有人就石原莞尔的离职原因及周围情况专门做了总结，他们指出：
第一，石原作战部长指导战争观念的持久战争指导思想，在当时未被众人充分理解，因而未获采纳。
第二，1936年参谋本部机构改组，决定以第一部为核心，1937年3月由石原少将任部长。第二部的国策与战争指导工作移交给了第一部，结果引起第二部不满。因而对第一部采取的优先对苏国防的方针，第二部则坚持先行处理对华问题的主张不予让步。
第三，石原部长与武藤章第三课长意见不合。第三课掌管作战、编制等具体的主要业务，乃是第一部的核心。武藤课长的影响力不容小觑，他既有能力，又是活动家，不仅制定作战计划方案，且能够倾注全力促其实行。
此外，武藤章因有任关东军参谋时绥远事件失败的教训，便认为巩固满洲侧背需要确保内蒙及永定河一线，如有可能时，且希望可以确保保定、独流镇一线。所以他事事都与石原的不扩大方针背道而驰。
第四，7月11日，石原部长终于同意了武藤课长动员三个师团的方案，他的不扩大方针被彻底推翻，以致此后无法再实现。
第五，当时，出于轻侮中国的观念，不论日本陆军或海军，积极论者均极得势，因而石原作战部长主张的不扩大方针不孚众望。特别是战争指导课的人员中，有人大肆宣扬石原主义为飞跃的、超然的、理想主义的，从而煽起反石原的趋势。（参见《长编》）
石原离职后，下村定少将接替了他的职务，后来下村第一个提出了登陆杭州湾的计划，从而彻底逆转了淞沪战场上的形势。石原莞尔离开决策中枢后，调到关东军任副参谋总长，就是从这个时候起，他深入接触了东条英机这个“上等兵”，发现这冷血家伙的才具原来只够管理20挺机关枪。
此时，中苏之间互不侵犯条约的签订，的确给日本方面带来了不小的压力，8月29日条约虽然已正式公布，但是否附带秘密协定，这让日本人很是吃不准。
对此，参谋本部判断：“只要情况无特殊重大变化，苏联或将不以武力介入远东。但是，在不致引起对日全面冲突限度内，苏联可能会加强对华援助，虽未必牵制日本对华作战，有时也可能以部分兵力采取行动。其真意则在于将日本拖入中国大陆的长期消耗战。在苏联看来，如果中国战败，日本的下一个目标或将进攻远东的苏联领土，日德防共协定即为其伏线，因而对之加以戒备。”（《长编》）
根据这一判断，参谋本部认为，对苏联参战大致不需要特别担心，只要能够尽快解决中国问题；11月左右苏联也许会采取行动，所以日本方面希望能够在此之前积极解决事变。华北、华中地区的作战，如果日方不能达到目的，并且已经确认当时局势的变化，那么就需要中止以地面兵力对华积极作战，而尽量以其他各种手段打击中国的持久作战之意志，且尽量节省直接用于中国作战的兵力，腾挪出来用于防范苏联。因此，应该以10月底为期结束攻势，到时可以转入持久作战。为了达成目的，要对一线部队的作战目的加以限制，不使其擅自行动。
9月20日，参谋本部就作战计划大纲上奏天皇，天皇无异议。
此后，日本方面又认为：从国际形势看，由于德国的勃兴，英国及欧洲各国对于中国事变将不致大举干涉；美国不会过多注意远东，而苏联则会感到高兴。对此，作战课长武藤章等人认为：“千载难逢之良机，此际以断然实行对华作战为宜。”
战争指导课长河边虎四郎是一个稳健派，他眼见新近增援的陆军三个师团已经相继抵达上海投入作战，但是究竟能否一举解决上海问题，还是个未知数。因此他认为，不论指向何方，日方必须充实相当的军备，否则均不能彻底解决问题。
这样，在河边的建议下，为增加阵地攻击威力，10月2日日本方面又增派了独立野战重炮兵1个大队前往上海，10月16日又由华北调去了独立攻城重炮兵2个大队、坦克1个大队、独立轻装甲车3个中队等。
日方为努力扭转上海战局，此时已可谓使尽浑身解数，采取了当时能采取的几乎一切手段，由此，战争的残酷性及其所带来的伤亡也开始与日俱增。
在拿下大同以后，东条英机本来是打算继续南下，抄了阎老西的巢穴的。可是他也明白，山西重兵云集，而且多山地，仅仅凭借自己手上这点兵力，那是绝对不够的。所以他立即向参谋本部提出申请，要求增援他两个师团，而且这样也可以与河北的作战相呼应。
这立即引起了参谋本部的不满，他们认为：“关东军原属专门对苏作战准备的部队，却经常对南方感兴趣，这将为整个国防带来严重危机”（《长编》）。所以参谋本部深感有令关东军停止插手华北战事的必要，不让它们越俎代庖。
