日本侵占东北后，又很快在上海发动武装侵略。1932年初，日本制造一系列事端，挑起军事冲突。1月18日，日本驻华公使馆驻上海武官田中隆吉勾结日本女特务川岛芳子（华名金璧辉）制造了所谓“日本和尚事件”。是日下午，住在江湾路妙发寺的日莲宗（日本佛教的一个支派）僧侣天崎启升等5人，行至杨树浦区马玉山路三友实业社总厂时，在墙外向厂内正在操练的工人义勇军故意掷石寻衅，双方发生冲突。事后，日方声称有一受伤僧人死于医院，指使日本“上海青年同志会”会员纵火焚烧三友实业社。1月20日，又煽动日侨千余人集会，会后游行示威，无端滋扰，打毁商店多家。
1月22日，日海军第一外遣舰队司令官兼驻沪特别陆战队司令官盐泽幸一少将为“日本和尚事件”，要求上海市政府解散抗日团体，取缔抗日运动，声称如不圆满答复，将采取严厉手段。随后，日本增派巡洋舰“大井”号、航空母舰“能登吕”号和第十五驱逐舰队驶抵上海，并调集日海军陆战队在浦东登陆布防。1月26日，日本驻沪总领事村井仓松向上海市政府提出4项要求：一、市长对总领事道歉；二、逮捕肇事者；三、赔偿医疗费用及抚慰金；四、取缔排日运动，解散上海抗日救国会及各种抗日团体。限48小时答复，否则，将采取相当手段，“以保护日本帝国之权利利益”。次日，村井仓松又向上海市长吴铁城提出最后通牒，声称“24小时不见满意答复，即采取自由行动”。
1月28日下午4时许，吴铁城答复日本驻沪总领事，全部接受所提要求。晚11时10分，盐泽幸一发表声明：“帝国海军因担心有多数日侨居住的闸北一带的治安，特决定配备兵力负责维持。”要求中国当局撤退闸北驻军，撤除防御工事。10分钟后，日海军陆战队即分3路向闸北中国守军阵地发起进攻。一路由北四川路向淞沪线天通庵车站进袭；一路由虬江路向宝山路攻击；另一路由北四川路向宝兴路进攻。驻上海的国民党军第十九路军在全国人民抗日运动的影响下，在总指挥蒋光鼐（1887－1967，广东东莞人）、军长蔡廷锴（1892―1968，广东罗定人）的指挥下，奋起抵抗。
战斗打响后，闸北守军第十九路军第七十八师第一五六旅首当其冲。在日军逼近前沿阵地时，旅长翁照垣一声令下，予日军以迎头痛击。两军在街道相连、楼房栉比的市区内激战。当日军铁甲车冲入宝兴路时，中国士兵冒死攀登房屋高处，投掷手榴弹，炸毁敌铁甲车数辆。至次日拂晓，守军打退日军多次进击。日军在飞机的掩护下，向北火车站中国守军阵地冲击。中国军队苦战1小时后退出北站。下午5时，第十九路军第一五六旅主力反击，将北站夺回，日军退至北四川路以东、靶子路以南地区。从2月2日起，日军连续3次进攻闸北，守军顽强战斗，坚守阵地。日军毫无进展，被迫于2月5日退回原进攻出发地。日军进攻闸北失败后，将原在上海和新增援的海军编成第三舰队，调野村吉三郎海军中将为司令官，代替盐泽幸一，并以植松炼磨少将为海军陆战队指挥官。同时，加派陆军第九师团和混成第二十四旅团增援上海作战。2月7日晨，日海军陆战队分两路向吴淞进攻。一路以铁甲车为先导，由杨树浦沿军工路进至张华浜；另一路以军舰和铁壳驳船由浦江至高桥沙渡，在张华浜粮米栈码头登陆。两路敌人会合后，即向蕴藻浜车站进攻。敌军舰10余艘也先后集中吴淞附近。
第十九路军第七十八师第一五六旅第四团英勇抵抗，至中午，将敌击退。2月12日上午，日军混成第二十四旅团为在蕴藻浜北岸夺取进攻吴淞的支撑点，令步兵第十四联队第二大队经纪家桥附近占领沈家宅，并令工兵中队在永安纱织厂附近架桥，以备步兵通过。中国守军发现敌偷渡企图后，即将架桥之敌击退。当晚，日军利用夜暗在纪家桥附近架桥成功。次日拂晓，敌强渡蕴藻浜，在曹家桥附近突破守军防线。第十九路军急调第六十师第一二二旅增援，将渡河之敌包围，双方展开肉搏战。被围之敌在步兵第二十四联队第一大队接应下拼力突围数次，均未得逞，大部被中国军队歼灭。
2月14日，植田谦吉率日军第九师团抵上海，继任侵沪日军司令官。2月18日，植田谦吉向第十九路军发出最后通牒，提出6项无理要求，要中国军队立即停止战斗行为，于2月20日午前7时以前，将现据之第一线撤退完了。同时撤除炮台及其他军事设施。第十九路军当即召开高级军官会议。指挥部命令前线部队炮击日军阵地，作为对敌最后通牒的答复。这时，国民党中央军第五军军长张治中率第八十七师、第八十八师、中央军校教导总队和一个山炮营到上海，与第十九路军共同作战，归蒋光鼐统一指挥。蒋光鼐以张治中为左翼军指挥官，接替由江湾北端经庙行镇沿蕴藻浜至吴淞西端之线第十九路军防务；以蔡廷锴为右翼指挥官，指挥第十九路军担负由南市、龙华、北新泾、真茹亘闸北、江湾之线的防务。
日军不等中国方面答复，即于2月19日下午4时下达进攻命令，除以一部兵力监视吴淞炮台外，主力攻击庙行、江湾一线，企图将中国守军消灭在苏州河以北地区。第十九路军将领通电誓以铁血答复日牒，抵抗到底。2月20日晨，集结在赵家浜附近的日军混成第二十四旅团在飞机、重炮支援下，向庙行镇方向攻击前进。中国守军第八十八师奋起迎击。至午后4时，日军仍停留在中心巷、金家宅、孟家宅等地区不得前进。日军第九师团右翼队和中央队在坦克、炮兵掩护下，进击江湾镇。第十九路军各师沉着应战。激战3昼夜，日军伤亡惨重。植田谦吉电请东京再增兵，并调整部署。2月22日拂晓，日军突入庙行镇东端中国军队阵地及麦家宅一带。守军第八十八师将其全部预备队投入战斗，仍未击退敌军，且伤亡很大，呈全线不支状态。蔡廷锴当即指挥第十九路军由江湾至蕴藻浜全线反击。
第六十一师一部由江湾西北小场庙、竹园墩向敌侧击，进占赵家宅、孟家宅。第八十七师第二六一旅南渡蕴藻浜，先后攻占北孙宅、陆家桥、南孙宅，与第六十一师部队相连接。第八十七师第二五九旅加入庙行正面战线后即与第八十八师实施反冲击。进攻庙行之敌陷入中国军队包围之中。这时，日军第九师团急令步兵第七联队及吴淞支队一部增援。是日黄昏，双方展开白刃格斗，战斗之惨烈为开战以来仅见。日军突围时，一小部被中国军队消灭在金穆宅、麦家宅一带。与此同时，日军对江湾中国军队阵地也发起攻击。守军在八字桥展开英勇的阻击战，打退了敌人的进攻。
淞沪抗战得到上海和全国人民的有力支持。一二八事变发生的第二天，中华全国总工会发表宣言，号召工人和一切民众武装起来，实行决死抵抗，并举行总同盟罢工，反对日本帝国主义占领上海。1932年1月30日，上海日厂工人举行罢工，组织上海各界民众反日救国会，支援中国军队抗战。上海工人、学生、妇女、退伍军人等纷纷组成义勇军、敢死队、救护队、运输队，或直接参战，或开展战地服务工作，救护伤员，运送弹药，递送情报。据不完全统计，在第十九路军中参加战勤工作的义勇军达2万余人。上海各界民众积极参加支援前线的各种工作。兵工厂工人日夜赶制军火，供应前线。中国守军急需大批手榴弹时，上海总工会即募集了数万只空烟罐，赶制成土炸弹运往前线使用。2月初，日军飞机、舰炮轰击吴淞要塞，上海工人送去数百块大钢板，供守军构筑掩蔽部。同时，上海和各地民众广泛开展捐献运动。在淞沪抗战期间，海内外同胞捐给第十九路军的款项达700余万元。
在战斗中涌现了许多可歌可泣的英雄事迹。胡阿毛烈士即是其中一例。2月26日下午，司机胡阿毛到虹口百老汇路探亲访友，行至中虹桥附近时，被日军搜出驾驶执照，被拘禁于汇山码头日军司令部。次日晨，日军逼令他驾驶满载弹药的卡车去公大纱厂。在4名日兵监押下，他开足马力急驶到公大纱厂附近时，车头一转，连人带车坠入黄浦江中，为国捐躯。由于上海和全国人民的支援，中国军队在劣势装备的条件下，与优势的日军坚持了一个多月的作战，迫使敌人3易主帅，数度增兵，损伤1万余人却无法实现其速战速决的迷梦。2月29日，日本增调第十一、第十四两师团到上海，派白川义则大将接任侵沪日军司令官。至此，在沪日军达10万人。3月1日，日军对淞沪地区发起全线攻击，第十一师团在七丫口强行登陆，进占茜泾、浏河镇，第九师团进抵大场。由于蒋介石国民党政府屈服于日本的压力，破坏淞沪抗战，中国守军兵力不敷分配，在腹背受敌的严重情况下，不得不放弃庙行、江湾、闸北阵地，撤退到昆山至福山一线。3月3日，淞沪地区全被日军侵占。
