国民革命军第二十军交防后，到纪王庙附近整编。薛岳命全军编成两个旅，由副军长夏炯指挥，仍在前线听后调遣。杨森深恐二十军部队落入夏炯手中，立即往见陈诚。意见一三三师编成一个旅，由旅长刘席函率领;(因刘席函这时才率陈亲民团到达前线)一三四师编成一个旅。(当然不足一旅)由旅长杨干才率领，受一三三师师长杨汉域，听候调遣，当经陈诚允准。
三九七旅交防后，在李家村约住四五日，大场即被日寇突破，全线崩溃。旅部奉命到南京秣陵关休整;二十军残部在纪王庙附近整编后，即奉命到苏州常熟一线掩护军民转移。部队经过几夜急行军到达苏州，正向常熟行进之际，适逢敌机数十架次轮番轰炸苏州。部队只得利用空袭间隙继续前进。这时日寇海军深入长江，陆战队在常熟登陆，意图迂回到无锡，截断京沪铁路，将上海撤退部队歼灭在太湖地区。适一三三师指挥所推进到梅李。幸先头部队三九九旅七九八团在梅李以北地区与日寇登陆部队遭遇，阻止日寇一天，在激战中，团长唐虎臣负伤，其余部队进入常熟辛庄、巴城镇一线即设国防工事时，日寇在飞机掩护下，又向二十军猛攻。常熟城郊，战斗更为激烈，这次全军官兵凭借国防工事，与敌激战两昼夜，士兵伤亡二十余人，完成了掩护任务。旋接朱绍良转蒋介石电话，命杨森率所部撤离阵地，到南京整补。为了避免空袭，取小道昼夜前进，经过丹阳石塘湾车站附近时，死伤难民十余人。我军官兵激于民族义愤，用机步枪向敌机集中射击，敌机一架起火坠落，其余二十架随即向南逃窜，军民拍手称快。部队跟即经到南京秣陵关，稍事休息。至此，二十军参加沪战的战斗历程，胜利的宣告结束。
蒋介石以二十军官兵在保卫大上海战役中，极为英勇。当发奖金三万元以示慰劳。杨森刚到鼓楼于二十军驻京办事处时，蒋介石为了对杨森表示嘉勉，立即召见，并对杨森说：“你的部队这次在上海打得很好，第一批外械到时优先给你补充。”随即命杨森率部到安徽整补，担任固守安庆的重任。
