9月17日，中国军队交替掩护，全线退守北站、江湾、庙行、罗店西南、浏河之线，完成了新战线的整理。自此，敌我在此之线，两翼依托租界及江滨，开始互相争夺之阵地战。9月21日，中国大本营调整部署：新开到的薛岳第19集团军编入左翼军作战，陈诚任左翼军总司令，罗卓英接替陈任第15集团军总司令（罗同时兼第18军军长）。第9集团军仍为中央军，朱绍良取代张治中任总司令。原浙东守备区刘建绪第10集团军与张发奎第8集团军同编入右翼军序列，张仍任右翼军总司令。防御重点仍为左翼。
9月下旬，日本上海派遣军司令官松井石根也制定了下一步的进攻计划，主要内容是：
（一）以主力第101师团、第9师团、第3师团的顺序，依次跟进，由刘行、顾家宅攻占以南的大尝桃浦和南翔以东地区，控制京沪铁路，渡过苏州河，从北面、西面、南面迂回上海市；
（二）第11师团在主攻部队的右翼（西面）杨泾（即横沥河）一线掩护主力向南进攻；
（三）第13师团作为二线部队，位置在军主力的右翼之后（即在11师团之后）；
（四）以进攻大场镇的部队，向苏州河进攻。在此期间，随着军主力的南进，第11师团亦应随之向南移动，继续担任军主力右（西）侧翼的掩护。
按此计划，新增援的日军和原来的部队一起向中国军队左翼军所在的罗店外围阵地发动大规模攻击。9月21日早晨8时，20多架敌机向驻罗店东南尤梅宅的守军阵地轰炸，接着步炮协同，合力攻击，很快被敌占领。当天午后，上千名敌军又攻击苏村。张家宅、金村之线最为猛烈。第51师和58师的蒋宅、吴宅也炮声震地，一片血雨腥风。
我第90师欧震部177旅353团在凌晨时即被敌机30多架轰炸和低空侦察，接着排炮齐鸣，乘着硝烟，日步兵向金村至周家宅一线猛攻。敌我反复冲杀，至上午9时，战况更为激烈。肉搏格斗十多次后，守军工事全部被摧毁，到中午12时，前仆后继的官兵大多壮烈牺牲。2营长屈化平中弹负伤，增援上去的预备队吴营长也负伤了。这时，敌人的大口径榴弹炮向守军全线轰击，落弹如雨，敌机配合轰炸，10多辆坦克掩护步兵连续冲锋，守军浴血肉搏，阵地复失复得五六次。3营长刘则名饮弹阵亡，少校团副陈近曾率领1连增援金村，也中弹殉国。打到下午4点，敌我胜负难分。师长欧震派步炮团3营和354团团长罗醒尘率师预备队策应左翼阵地。
薄暮时分，守军第一线阵地官兵损失十之七八，连排长以下竟全部伤亡。日军乘机以更猛烈炮火实行全线轰击，官兵已无工事隐蔽，预备队被炮火所阻，阵地被敌突破，剩下的伤兵和少量守军只得含恨撤退。
右翼的175旅战至中午就失去了阵地。虽然增援部队协同反击，几次夺回阵地，敌我双方拉锯。战至下午2时，战况更加酷烈。349团薛广团长奉命冒弹雨率第3营赶来，炮火和刺刀拼杀得天昏地暗。时近日落，忽然白雾细雨，弥漫一片，守军不得已而退守。已经打退4次敌人进攻的349团仍然坚守着尤梅宅。可是2营长唐连和营副先后负伤，连排长伤亡无余，士兵只好各自为战。正在动摇之时，3营长黄惠群率援军渡河赶到，顿时万丈仇恨化为杀敌动力，他们与日军短兵相接，白刃格斗。不幸黄营长中弹倒下，反攻受挫。这时团长薛广亲自督阵，官兵冒着弹雨前仆后继，敌人渐渐不支。不料敌增援部队立即赶到，他们哇哇大叫着冲杀厮拼，轻重火器猛烈扫射，守军只得退回杨桥。
这一天，第90师全线激战，伤亡官兵十分之七，当天夜里，欧师长决心下令夜袭。天刚黑，349团在手榴弹炮火中奋勇肉搏，3连长张歧山冲锋在前，不幸阵亡。经过1个小时的突击，9点钟收复了阵地。半小时后，击退的日军联合增援的敌人1个大队向守军阵地反扑，挥刀如风，杀人如麻，175旅死伤将荆此刻，协助反击的1营与敌人反复冲锋，终因炮火凶猛，相持不久，只得收集残部凭着一条小河与日军对峙。
9月22日和23日，第90师防守的罗店南线阵地焦土一片，工事夷为平地。炮火连天中，只见铁血相拼，尸首遍地。凄冷的月色下，中国守军利用夜间反复争夺，手榴弹和机枪弹一齐朝敌营飞去。日军乘着夜色实行反袭，535团的阵地侧面，1个连的日军正裸体在涉水渡河时，被我军发现，一阵扫射全数击毙。在血一样的小河中漂浮起百十具赤身男尸。
用武士道精神武装的日军在泥泞的土路上踏着血迹冲锋，皮鞋和长靴阻碍了他们的行动，于是，有的光脚上阵。和日军一起冲锋的，还有伪军于芷山部。罗店以北猛将营、俞家桥一线第58师右翼，是日军第22联队的一个团。夜深人静，敌营中传出东北口音。不知是民族感情的一脉相承，还是冷月凄风中的寂寞，这边中国守军大声喊：
"中国人不打中国人！"
声音传得很远，那边也传来回音："中国人不打中国人！"
"你们为什么到敌人的部队当兵？"这边又喊。
"没有法子啊，我们被强征来的！"
"为什么不跑？"
"班长是日本人，看着我们，家中父母妻儿都被日本人监视啊！"
正一问一答地进行着，忽然敌营高喊："班长来了！"枪响了，火力很猛，但却是朝天上扫射的。