当日军攻占大场镇等地时，中国大本营已没有可以立即调至上海的增援部队。此时，不仅已将全军战斗序列中第一线兵团的主要部队多调至淞沪战场，而且也已将预备军中的主要部队调至淞沪战场，甚至连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调至上海战场。因而统帅部主管作战的高级将领和前线高级指挥官如顾祝同、陈诚等，都建议按照持久消耗战的战略方针，迅速将上海战场的主力部队有计划地逐步撤退至吴福线及锡澄线两条国防工事线上进行整补。该建议最初已获得蒋介石的同意，并已开始实施，但至10月底时，蒋介石突然改变了决心，从政略角度出发，命令第三战区的部队继续在上海与日军主力进行阵地消耗战。从他的讲话中可以看出其指导思想。11月1日晚，蒋介石在南翔附近的一个小学校中召集淞沪会战部队的师长以上将领开会，他说：“九国公约会议将于11月3日在比利时首都开会，这次会议对国家命运关系甚大。我要求你们作更大努力，在上海战场再坚持一个时期，至少十天到两个星期，以便在国际上获得有力的同情和支持……”又说：“上海是政府的一个很重要的经济基地，如果过早放弃，也会使政府的财政和物质受到很大的影响”，等等。于是中国军队在已处于强弩之末的情况下，继续在上海与又增加10余万新生力量的日军作更艰苦的战斗。
日军第10军司令官柳川平助接受任务后，根据参谋本部拟定的作战方案制定了作战计划。但他的指导思想和参谋本部的指导思想有极大的差别。主要表现在以下两点上：(1) 参谋本部将渡黄浦江作为第二期作战，第10军则作为第一期作战；(2) 参谋本部在第二期作战中规定军主力向上海南面和西面前进，而第10军则准备进入苏州河北面，大规模地包围中国军队主力。当“上海派遣军”攻占大场镇、进抵苏州河地区时，柳川平助于11月2日又将第二期作战改为“军进入松江附近后，乘敌准备未完，先进入平望镇、嘉兴一线，尔后在太湖及其以西地区水陆并进，进出至常州附近，深入到较远的距离，切断敌的退路，一举围歼上海方面的敌主力军”。
11月4日夜，日军第10军在第4舰队护卫下约乘坐100艘大型船舰进入杭州湾。5日拂晓，在舰炮与航空兵火力急袭掩护下，第18师团从金山卫以东金山嘴、漕泾一带，第6师团(配属国崎支队)从金山卫以西金丝娘桥、全公亭一带同时登陆。这一地区原部署有第8集团军防守，后因上海战况吃紧，先后调至浦东方面，以至金山卫左右几十公里的海岸线上仅有第63师之一部及少数地方武装担任警戒。当时面对登陆日军的中国军队只有63师的2个连，当然不可能抗击敌人的登陆。当日上午即有约2个联队的日军在金山卫两侧登陆。在上海市内徐家汇指挥作战的第8集团军总司令张发奎及副总司令黄琪翔急调第62师、独立第45旅及新到枫泾的第78师前往阻击，并令在青浦的第67军向松江转移。在各部队尚未到达之前，当夜日军第18师团已进至亭林镇、松隐镇之线，第6师团国崎支队已进至金山县城，主力正向沪杭铁路方向前进中。此时，蒋介石曾以电话征求陈诚对作战指导的意见，陈诚认为应迅速后撤，调整战线，但最后蒋介石决定让第一线各集团军再坚持3天。6日午前，日军先头部队已进抵米市渡附近，黄昏时强渡黄浦江，击退正面少数守军后向松江方向前进。其左侧支队亦已进至广陈镇附近，与前来阻击的第63师的1个团及第62师的1个营发生战斗。7日，第62师、第79师曾向金山县城及亭林镇日军进行反击，但很快被击退。黄琪翔鉴于日军主力已进至黄浦江南岸，决定将黄浦江南岸的部队全部转进至北岸，并急令第108师阻击渡江的日军。
11月7日，日军杭州湾登陆成功后，为统一指挥，参谋本部下达“临参命”第138号令，将派遣军和第10军临时组成“华中方面军”，由松井石根任司令官(仍兼“上海派遣军”司令官)，并赋予“以挫伤敌之战斗意志、获得结束战局的机会为目的，与海军协同，消灭上海附近敌人”的作战任务；同时规定“作战地域为苏州—嘉兴一线以东”。
3. 第三战区部队撤离淞沪战场
11月8日，日第10军主力在得胜港、米市渡等处开始渡过黄浦江，其后续部队第114师团及军直属部队亦开始登陆向金山集中；“上海派遣军”为支援第10军作战，亦分别向当面的中国军队发动进攻。当晚，中国统帅部发现淞沪战场的中国军队已处于即将被包围的危险境地，蒋介石才急忙下令从上海撤退。第三战区副司令长官顾祝同按照蒋介石的指示，于当夜下达了撤退的命令。主要内容为：
甲、右翼军除以一部占领独山、虎啸桥、太平桥、新埭、枫泾之既设阵地外，主力转进于珠家阁、沿青浦东侧冬水桥、章堰镇、虬江至吴淞江之线占领阵地。左翼军速以一部于虬江黄渡沿吴淞江北岸至姚家渡之线占领阵地。
乙、今(8日)夜各部队之行动：(1) 8师及87师于七宝镇、虹桥飞机场、顾家湾、潘家巷之线，占领收容阵地。(2) 36师、88师、第1军、102师及58师之一旅，由胡军团长(胡宗南此时已升军团长)部署转进，应以88师于凤凰山亘杨家铁桥之线，36师于观音堂亘新开河之线占领阵地。第1军、第102师先集结于青浦西北地区，58师之一旅到达青浦附近归还建制。(3) 教导总队附58师之一旅，即由西蒋上、刘家桥、诸翟、观音堂、重固道转进。除令58师之一旅于青浦附近归还建制外，经安亭至昆山附近候车运京(南京)。(4) 第55师除1旅(欠1团)会同上海警察总队、保安团固守上海南市外，主力应于泗泾镇、四安桥、张家浜、常蒡头之线占领前进阵地。(5) 51师即于青浦附近马桥、徐家浜、李大泾、冬水桥、铁店塘之线占领阵地。(6) 58师即于铁店塘、新开泾、孙家埭之线占领阵地。(7) 154师应转进于何家桥、天福桥至吴淞江南岸之线占领阵地。(8) 46师于徐家桥、徐家村、虬江之线占领阵地。(9) 45旅、107师、108师应固守松江及其以南沿黄浦江北岸之原阵地。(10) 26师经安亭至吴福线。(11) 炮兵部队即经青浦向安亭转进。如行动困难，可利用预为准备之船只，由水道输送。
丙、对9日夜之行动预为指示，并嘱各总司令适应情况适切部署：(1) 第1军经安亭到达吴县以西集结待命。(2) 106师经安亭到达真仪(今正仪)附近，归前敌总指挥(在日军登陆杭州湾后，陈诚不兼左翼作战军总司令，仍担任前敌总指挥，左翼作战军总司令，由薛岳接任)直接指挥。(3) 第8师、87师经安亭到达吴县以北地区集结待命。(4) 36师、88师、沪保安总团经安亭到达青阳港附近构筑阵地，归前敌总指挥直接指挥。(5) 55师(欠1团)经青浦、安亭到达昆山转进于嘉兴，归刘总司令(刘建绪)指挥。(6) 独45旅、107师、108师，应以由沪杭铁路向嘉善附近转进为主。不得已时，经青浦、安亭到达昆山附近待命，着由黄代总司令(黄琪翔)适应状况适宜处置之。(7) 61师经安亭、昆山到达无锡以北地区整理。(8) 青浦至吴淞江南岸本阵地应迅速占领。
丁、关于昆支阵地，即以税警总团、36师、88师、沪保安总团、32师、8师、13师、133师、40师及苏州河南岸各炮兵部队，由前敌总指挥部署占领之。
由于撤退的时机过晚，而命令下达的手段又极落后，命令到达右翼军总司令手中时已是11月9日。张发奎“接到命令时，部队已陷于极端紊乱状态，各级司令部亦已很难掌握其部队了”。〔73〕有的部队并未接到撤退命令，只是看到友军撤退因而也随之撤退。命令规定的逐次掩护、占领阵地，根本未遵守，形成各自溃退的局面。其实即使按照命令行动，也难以避免混乱，因为命令并未区分各军、师的转进道路，更未区分各部队转进的先后时间，均是向安亭方向撤退。几十万军队拥挤在有限的一两条公路上，加以上有飞机轰炸、下有日军追击，其争先恐后之状可想而知。
当时左翼作战军受到的压力较小，所以第三战区于8日夜下达撤退命令时，令左翼作战军各部队仍固守原阵地以掩护右翼作战军撤退。至10日12时30分，第三战区下达了左翼作战军撤退的训令(11日14时各集团军总司令方接到)。主要内容为：“左翼作战军向吴福阵地转进部署指示如左(下)，希适应状况适宜处置之。(1) 收容阵地之占领：①第19集团军以66军占领安亭、方泰、外岗(不含)诸要点，掩护该集团军之转进。②第21集团军以有力部队占领外岗、嘉定诸要点，以第56师占领塘河、浏河附近诸要点，掩护第15集团军及该集团军之转进。(2) 昆支阵地之占领：第15集团军应以第44师第32师在青阳港、周墅镇、任阳镇之线，与第19集团军连系占领阵地。(3) 本阵地之占领：第15集团军之第60师占领古里村、梅李镇附近本阵地，其余集结于常熟城附近为预备队，并构筑本阵地第3阵地带工事。(4) 各集团军之转进定本夜(10日夜)开始。(5) 在转进期间，应由薛总司令适应状况随时指示各集团军之行动。(6) 转进道路之分配：第15集团军及第21集团军沿沪锡公路及西侧地区，惟太仓、昆山公路由第15集团军专用，浏河、太仓公路由第21集团军专用。至于各部队之行动，应预先协商规定。”
薛岳接到第三战区的作战训令后，立即下达了他任左翼作战军总司令后的第1号作战命令，规定了各集团军从11月11日至13日向吴福阵地转进的行动、路线及占领的地段等。11月11日20时，各部队按照命令开始逐次后撤。11月12日，前敌总指挥陈诚根据当时战局发展的情况，打电话告知各部队：“昆沪公路昆山以东南北两侧地区，交通刻下颇为拥挤”，并命令“王军长东原指挥之部队(第15、第16、第19师)应改经太仓向常熟方向转进，并须于本日(12日)晚派强有力之部队向嘉定城及葛隆镇北侧地区挺进，占领嘉定—朱家桥头—曹家村阵地，掩护该军右侧背。第53师、57师归(第2军)李军长韫珩指挥，应迅速占领蓬阆镇—钱门塘镇—葛隆镇一带阵地，掩护左翼作战军诸部队向太仓转进及迟滞敌之前进。”〔74〕
当第三战区各部队开始后撤的时候，日海军陆战队及“上海派遣军”即乘势占领上海市区。至11月12日，上海地区全部为日军占领，原在沪西作战的中国军队也均撤离了淞沪地区。
4. 中国军队从淞沪战场向南京转移
(1) 撤向吴福线
中国军队由上海撤退后，日军发动全线追击。为切断中国军队的西退道路，还部署从华北增援来沪、正在海运途中的第16师团由白茆口附近登陆，向常熟方向进攻。至11月13日，日军第10军第6师团已北进至安亭镇，第18师团及国崎支队已进至平望及嘉善附近，第114师团正在金山集结中；日军“上海派遣军”第11师团在南翔、第18师团在刘行、第101师团在嘉定正与中国军队掩护撤退的部队激战；日军第16师团及重藤支队已进至徐市镇、支塘镇一带。
日军“华中方面军”司令官松井石根本来判断从上海撤退的中国军队一定会在黄渡镇至嘉兴一线进行抵抗，后又根据日军进展的情况，判断中国军队不会停留在该线，而是再向西退，于是决心向大本营所规定的作战地境限制线追击。11月14日松井下达命令，主要内容为：“(1) 方面军决定占领常熟、苏州、嘉兴一线，准备尔后的作战。(2) 上海派遣军应占领福山、常熟、苏州一线，以约两个师团在昆山、太仓附近集结，作为余之直辖部队。(3) 第10军须占领平望、嘉兴、海盐一线。”
中国第三战区在日军占领安亭并向昆山进逼的情况下，又发现日军已在浒浦口、白茆口一带登陆，有切断支塘镇附近公路的可能，认为昆支阵地形势已趋不利，负责前线指挥的战区副司令长官顾祝同当即决心向吴福线阵地转移。预定部署右翼军坚守平、嘉本阵地，阻止日第10军西进；左翼军及右翼军被隔离于京、沪方面的部队逐次抵抗，交替掩护西退。11月13日晚，以第三战区第11号作战命令下达撤退命令：〔76〕
① 敌情如诸官所知。
② 我军以占领乍(浦)、平(湖)、嘉(善)，及吴(县)、福(山)本阵地拒敌前进之目的，即向该本阵地转移。
③ 薛总司令岳，指挥税警总团、第51师、第38师、第6师、第46师之1团、第44师、第76师之288旅、第171师、第174师、第176师、第173师，占领大墅镇—青阳港—支塘镇—白茆口之线，掩护主力军之转进及左翼军吴福阵地之占领。
④ 右翼军应坚固占领乍、平、嘉本阵地，拒止敌军前进。其在京沪方面部队，应照下列规定：
第55师到达平望附近归还建制。
第62师经嘉善路车运至嘉兴。
第59师、第90师速到唯亭、真仪上车，向嘉兴、盛泽输送。
第19师、第16师、第107师余部，徒步行军，经苏嘉公路向嘉兴转进。
第108师、第45旅到苏州附近集结后，经苏嘉公路向嘉兴转进。
第6师待昆山阵地奉命撤退后，速经苏嘉公路向嘉兴转进。
⑤ 左翼军应依照下列规定，向吴福本阵地转进：
甲、第一阵地带
第8师、第14师占领吴淞江南岸—直镇—南邵渡之线。
第154师、第159师、第160师占领吴淞江北岸—港田里—真仪镇—北道泾—傀儡湖之线及对吴淞江之警戒。
第44师、第76师之283旅、第32师、第98师占领巴城镇—陈塘墅—古里村(不含)之线。但第44师、第76师之288旅，须俟昆支阵地奉命撤退后，方开始转移。
第60师、第18师、第56师、独立第34旅、第40师、第76师(欠288旅)占领古里村(含)—梅里镇—浒浦镇之线及浒浦—耿经口—福山镇间之江防。
乙、第二阵地带
第107师，平望(不含)—北坎镇(不含)间地区。
第87师、第3师、第58师，北坎镇—同里镇—朱家浜—车坊镇—吴淞江南岸地区。
第57师，外跨塘—唯亭间地区。
第53师，沙湖—塘浦村—斜塘镇间地区。
第133师，相城镇—昆城湖间地区。
第67师、第11师，莫城镇—常熟城(含)间地区。
第171师、第173师、第174师、第176师，俟昆支阵地奉命撤退后，转进于常熟(不含)—萧家桥(不含)间地区。
第15师、第105师，萧家桥(含)—福山镇间地区。
第18师、第46师，西浒墅关附近地区。
⑥ 两翼军之作战地境为陆家港—平望镇—陶庄镇—姚家坝—章练旗—天马山镇—凤凰山镇相连之线，线上属右。
⑦ 江防部队仍担任福山(不含)以西江南岸及江北岸之守备。
⑧ 总预备队
第1师、第78师、第36师、第61师、第88师、第102师、沪保安总团，到达锡澄阵地担任野战工事之构筑。统归胡军团长宗南指挥。但36师、88师、沪保安总团须俟昆支阵地奉命撤退后，方开始转移。
第156师在苏州附近集结待命。
第9师、第51师，苏州(不含)吴江间地区集结待命。但51师须俟昆支阵地奉命撤退后，方开始转移。
第102师待66军接防部队到达后，即转移于无锡附近，归胡军团长宗南指挥。
⑨ 余现在苏州，尔后到达武进。前敌总指挥暂在吴县指挥，俟吴福主阵地部署完毕后，位置于宜兴。
兼第三战区司令长官蒋中正
副司令长官顾祝同
11月14日上午，各集团军分别下令西撤。因从淞沪战场撤退时就已相当混乱，加以日军飞机不停轰炸、扫射和日军的尾随追击，所以虽然命令规定得极为具体，但部队并未能按照规定有秩序地交替掩护转进，各部队“凌乱异常，伤亡极大，各级指挥官对部下多失掌握”。以第21集团军为例：15日黎明前，集团军司令部退至常熟，不知右翼第15集团军之“行止方向，失去联络，迄未查知所在”，而“本集团军指挥之39军(附独立第34旅、苏保4团)及担任萧家桥至福山防务之73军，亦未知到达何处”。
日“上海派遣军”在淞沪会战中亦遭严重伤亡，虽追击企图旺盛，但正面追击行动却较为缓慢，所以中国军队得以脱离接触西撤。正是新从白茆口一带登陆的第16师团在华北作战时未受到损失，14日主力登陆后进展迅速，第一阵地带不复存在。15日，各集团军主力基本上均已撤至吴福阵地。但由于组织、准备工作太差，部队到达国防工事线后，“吴福线既设阵地线及工事无图可按，无钥开门，无人指示”，以致耽误占领阵地及部署部队组织防御的时间。
(2) 由吴福线向锡澄线转移
各集团军撤至吴福线阵地时，南京第一次高级幕僚会议刚刚开过，会议对南京的防御问题尚未作出最后决定。蒋介石仅说要守一守，而军令部第一厅厅长刘斐提出作象征性防守的建议为多数人同意。在此情况下，第三战区于11月16日制订了《淞沪抗战第三期作战计划》。主要内容为：
第一方针
为打破敌由杭州湾方面包围我军之企图，并巩固首都起见，京沪线方面应利用既设工事，节约兵力，抽调一部转用于沪杭线方面，阻止敌人之发展。同时抽调一部，巩卫首都；待后续兵团到达，以广德为中心，转移攻势，压迫敌于钱塘江附近而歼灭之。
第二指导要领
① 京沪线方面，务以最小限之兵力，利用吴福线工事，阻止该方面之敌；不得已时，转进于锡澄、宜(兴)武(进)等阵地，节节抗战。
② 由京沪线抽调约两个师(除第7军)，经宜兴、长兴进出吴兴，归张发奎指挥；同时以炮兵大部转用于沪杭方面，另抽较次之3至5个师，回任首都之巩卫，并预先构筑工事。
③ 沪杭线方面，应扼守崇德、石湾、南浔线及临平、吴兴线，最后应以刘建绪所部(第10集团军)退守杭州附近，第7军之徐、程两师(第170、179师)退守长兴附近，待川军到达后，一齐转移攻势。
④ 续到之川军6个师(第23集团军唐式遵部)，车运者，由南京用汽车输送至广德附近；船运者，由芜湖、宣城，再用汽车输送至宁国附近集中，置重点于广德方面，攻击沪杭方面之敌。
⑤ 京沪方面不堪作战之部队及可抽出之资材，应即运后方。
日军接到其方面军司令官关于“占领常熟、苏州、嘉兴一线”的命令后，“上海派遣军”部署：“主攻方向保持在沪宁铁路北侧地区，击败当面之敌后，向太仓、昆山一线追击”。第10军则在召开幕僚会议后，认为“敌人仍处于混乱状态，如果抓住这一良好战机，断然进行追击，有20天的时间，可以占领南京”，因而决定在攻占嘉兴后，“以军主力独自果断地向南京追击”。
在日军跟踪追击下，第三战区副司令长官顾祝同、前敌总指挥陈诚根据《第三期作战计划》的精神，命已退至苏州地区的第9和第19两集团军“于17日夜开始向锡澄线转进，惟仍以一部占领唯亭、外跨塘阵地掩护，斟酌情形待20日前后转进”。同时致函第15和第21两集团军总司令罗卓英、廖磊，告知“铁道正面我军之主力于17日夜间开始向锡澄线转进”，“望兄等督率各部，迟滞敌之前进，使由正面转进之我军，得有确实占领阵地时间之余裕”。左翼军总司令薛岳也依照顾、陈的指示，以与信函相同内容的训令，命第15、第21两集团军“支持至20日晚撤退，并派一部沿常锡公路逐次拒止敌人之前进，掩护各部转进”。对各军、师的行动及到达位置等，均作了具体规定，并通知当转进至锡澄线以后，“即解除左翼军之战斗序列，尔后归战区司令长官及前敌总指挥直接指挥”。
此时，短期固守南京的方针正在南京第三次高级幕僚会议上决定。为争取时间掩护南京进行固守的准备，蒋介石以电话指示薛岳：“苏州、常熟、福山之线应固守，非有命令不得撤退。”薛岳遵令于18日13时将蒋介石的指示转达给各集团军，并附有固守吴福线的防御计划。但当日日军已突破常熟以北李家桥及常熟以南昆城湖西岸的吴福线阵地，正向虞山、莫城镇等吴福线后方据点进攻中；而且苏州方面的中国军队主力业已西撤，罗卓英、廖磊遂向薛岳报告：“奉钧部命令，自应遵照办理，但本日午后……44师右翼即被敌突破，并已深入兴福街东侧，228旅及32师本夜虽可到达增援，瘩充其恢复阵地，但因其兵力寡少，在现状况下颇有困难……目下战况，深感可虑。即令抽调60师，亦觉困难。此节应再请统筹此间局势，予以裁决。”至19日，日军第10军攻占嘉兴，第9师团占领苏州，第11师团攻占莫城镇，第16师团攻占常熟，并有一部乘24艘军舰于福山登陆。在此情况下，当日14时，薛岳致函罗卓英、廖磊：“我苏州方面部队已陆续撤退”，“本翼军决放弃固守吴福阵地之计划，逐段撤退，以掩护锡澄线阵地之占领”，“希望能继续迟滞敌人3日，至22日黄昏，不使敌人接近锡澄之前进阵地鸿山—安镇—向塘桥—乌龟山—闸山镇之线”。“两集团军转进后……萧之楚、刘和鼎两军(第26、39军)及60师留于锡澄线使用，其余18军各部转进至宜兴待命，第21集团军各部转进至武进附近待命”。信中最后还特别指出：这样部署，是“为顾虑澄锡线作战以后能掩护南京外围阵地之占领，关系甚大……务请注意照办”。与此同时，蒋介石已命令先期由苏州地区退至无锡的第36师、第88师(均属总预备队序列)向南京转进，准备用以防守南京。11月19日夜，尚在吴福线的部队开始西撤。至21日，各集团军主力均已到达指定位置。
根据当时的态势，中国统帅部判断日军“当以一部沿京沪线进逼，以主力循京杭国道(宁杭公路)绕攻南京。此路敌军到达长兴后，必分兵击广德、宣城，循江南铁路(宁芜铁路)袭取芜湖，断我后路，并与京沪、京杭三面夹击，作围攻首都之企图”。“为巩固吴兴(即湖州)方面之战局”，统帅部令“新到之第7军先头部队在升山市至大钱镇线占领阵地，以川军之5个师(第144、145、146、147、148师)集结广德、泗安、安吉一带地区，以为策应”。同时令到达武进的第21集团军向宜兴、张渚镇转进。
日“华中方面军”突破吴福线阵地后，按照“在苏州、嘉兴一线准备以后的作战，同时企图攻占无锡及湖州”的方针，于20日下达命令，令“上海派遣军攻占无锡，第10军以一部准备攻击湖州，以精锐的一部准备协助上海派遣军攻击无锡”。日“上海派遣军”部署第13师团由常熟地区向位于锡澄阵地中间的青阳镇进攻，军主力第18师团、第11师团及第9师团向无锡进攻。日第10军没有遵照方面军的命令部署军队，仍本“以军主力独自果断地向南京追击”的方针，命第6师团在嘉善地区集结，命国崎支队、第18师团及第114师团等部全力向湖州进攻。23日，日军在太湖南、北两侧开始进攻。至25日，日“上海派遣军”突破第74军、第39军阵地，占领了无锡；第10军突破了第7军的防线，占领了湖州。
无锡、湖州失守后，中国统帅部为使淞沪战场撤回的部队“脱离敌由京杭国道之大包围”，令集结于宜兴、张渚等地的第21集团军、第15集团军以及总预备队等各部队迅速向孝丰、广德、宁国等地转进，并撤销了第15、第21等集团军的番号(仍分别称“第7军团”及“第16军团”)。同时命令“长兴之144师郭勋祺部及泗安之148师陈万仞部〔该两师原为潘文华第23军所部，归第21军军长唐式遵指挥(下辖第145师、第146师)〕，迅速协同第7军攻击该方面(湖州)之敌”，企图夺回湖州。但在该命令下达的同日(25日)，日军第10军已将主力推进至湖州附近，并以其第114师团攻占了长兴。
(3) 江阴要塞战斗
日“上海派遣军”攻占无锡后，令第16师团及第9师团主力继续沿京沪路向常州追击，第9师团之一部在太湖水上机动；令第13师团及集成骑兵队(10月8日由骑兵第3、第9、第17和第101四个大队组成，由森五六中佐指挥)封锁江阴要塞，并作好进攻准备；令第11师团及重藤支队集结于无锡，第3师团集结于太仓附近。日第10军攻占湖州、长兴后，令第114师团继续向宜兴、溧阳方向追击；令国崎支队及第18师团之一部向泗安、广德进攻，军主力集结于湖州附近。
日“上海派遣军”于26日发现中国军队有继续西退之征候时，为了为下一步进攻南京作准备，决定“以丹阳及金坛作为进攻南京的前进据点”，同时命令第13师团及集成骑兵队攻占江阴要塞。
江阴要塞有黄山、君山扼江面，东有狼山、福山为屏障，为南京水路之门户，江面甚窄，仅2公里多，水深流急。长江江中已沉船封锁。要塞各炮台原有火炮49门，淞沪会战开始时，增设88毫米高平两用半自动炮8门(甲炮)、150毫米加农炮4门(丙炮)，均为刚从德国运至的最新式火炮。当中国军队从上海撤退、南京第一次高级幕僚会议后第三战区决定对南京仅作象征性防守时，统帅部以蒋介石的名义电令要塞“暂守江阴，候令撤退”。军政部部长何应钦还补充指示：“将新炮准备拆到后方安装，铁驳一到即行起运。”但在第三次高级幕僚会议决定固守南京后，统帅部又电令要塞“固守江阴”。当日军突破锡澄线时，统帅部正式发布命令成立南京卫戍司令长官部，任命唐生智为司令长官，刘兴为副司令长官。此时要塞又接到“死守江阴”的电令。防守江阴要塞的部队有第103师、第112师、要塞所属步兵2个营及江防海军舰艇等，统由江防军总司令刘兴指挥。
11月26日19时，刘兴下达了作战命令。主要内容为：
① 江防军以主力固守江阴要塞，以一部警备江岸，施行持久抵抗，以保长江航道。
② 112师以主力占领由夏港口、夏港镇、青山、江阴城南至金童桥间之主阵地带，拒止敌人。
③ 103师以主力占领金童桥(不含)经杨家港、凤凰山东麓至长山东麓间之主阵地带拒止敌人。
④ 57军率111师，以一部警备南通，拒止敌人上陆，以大部在靖江附近，协同要塞妨害敌舰活动，并拒止敌人上陆。
⑤ 要塞部队严整备战，构成江上火力阻塞线，制压敌舰之动作。尤须对于陆正面准备火力，支援陆军作战。
⑥ 江防部队须以鱼雷快艇袭击敌舰，妨害敌舰活动，保护要塞地区。
下达命令的当天，日军第13师团及集成骑兵队已进至南闸、云亭、后塍以南一线，日舰艇60余艘亦已进泊段家港以东江面。27日双方仅有炮战及日机轰炸，步兵未发生战斗。28日，日军攻占了江阴外围前哨阵地，迫近巫山、定山等主阵地前沿。29日，日军主力在海军航空兵火力掩护下以战车先导，开始向守军主阵地发起猛攻。守军在要塞炮火支援下进行了坚强的抗击，花山、定山等阵地曾失而复得。战斗中要塞炮击沉日舰1艘，击伤2艘，并击落日机1架。激战至12月1日，要塞火炮不少被炸毁，通信网络全被破坏，步兵阵地数处被敌突破。守军被迫逐次后退。至17时许，日军由西北关突入江阴城中，第112师师长霍守义负伤，部队多陷于混乱状态，刘兴遂依据大本营的意图下令突围：令要塞炮兵以火力掩护步兵向武进方向突围，至24时破坏要塞炮台，尔后渡江，从靖江向镇江要塞撤退；同时令江防舰艇运载总司令部人员由长江退南京。由于撤退仓促、计划不周，部队秩序相当混乱。又因突围部队大多遭日军阻击，所以多数部队未能按照命令行动。第112师师长霍守义及部分人员渡江经靖江去镇江，其第672团等则沿江岸退至镇江。第103师突围至江阴城西钱家村附近时，遭日军突然袭击，第613团团长罗熠斌阵亡，师长何知重、参谋长王雨膏、第615团团长周相魁脱离部队，由黄田渡江北逃去武汉；部队由副师长戴之奇率领绕道江边，亦退至镇江。12月2日，日军占领江阴要塞。与此同时，第18师团占领丹阳，第9师团占领金坛。
唐式遵率部向浙江长兴前进途中得知长兴已被日军第10军占领，遂令第144师及第145师在长兴西南的南山亘金村一线及泗安附近占领阵地，掩护第7军撤退。26日，日军第114师团及第18师团分别向金村、南山的第144师阵地及泗安第145师阵地进攻。泗安地形平坦，无险可恃，且工事薄弱，在日军装甲车及坦克冲击下，阵地很快被突破。唐式遵严令第145师师长反击，收复阵地，而该师惟一未投入战斗的刘洪斋团竟拒不服从命令，不肯反击。师长饶国华抱恨自杀。当日，第七战区司令长官刘湘令“独立第13旅从右翼、第146师从左翼包围泗安敌入”，企图夺回失去的阵地。但命令刚下达，第七战区副司令长官陈诚令第19集团军及第7军向徽州方向，第21军、第23军向太平方向撤退的命令亦到达各军部。接到命令的各军、师立即按陈诚的命令开始转移。第146师师长刘兆黎因未接到陈诚的命令，仍按刘湘的命令于当夜率第438旅对刚占领泗安的日军进行突袭，歼灭日军数十人，俘获大批被服、文件，及2门野炮、数十枝步枪，夺回了泗安；当发现友军均已撤走，于27日晚亦向广德方向撤退。28日在界碑又与正向广德进攻的日军一部遭遇，击毁其装甲车5辆、汽车10余辆，然后经十字铺向旌德、太平方向追赶军主力。日军第18师团于11月30日占领广德，其第114师团在中国军队第144师、第147师等部撤走后于28日占领宜兴，12月2日占领溧阳。至此日“华中方面军”各部队均已按预定计划占领了用于攻击南京的前进据点，中国第三战区和第七战区的军队也均已撤离锡澄线及宜兴、广德等地，淞沪会战结束，中国军队转入南京保卫战。
淞沪会战是中日战争中第一次规模最大、具有决战性质的战略性战役，历时3个多月，中日双方随着战局的发展均不断增加兵力。至会战结束时，日方已投入了30余万兵力，中方投入70余万兵力。在狭小的上海地区，双方兵力竟达百万以上。据日本参谋本部的统计，日军共伤亡4万余人(可能偏少)；据中国军事当局的统计，中国军队伤亡约25万余人。
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