淞沪会战真正打响始于1937年8月13日，从过程来看，可以分为三个阶段：围点攻坚、转入防御、全线撤退。第一阶段是围点攻坚，从8月13日起至9月中旬，中国军队向盘踞在上海的日军据点发动进攻。但是打响第一枪的却是日军。8月13日上午，双方先头部队在虹口八字桥猝然相遇，引发交火，随即，停泊在黄浦江上的日本军舰开始用舰炮轰击闸北，海军陆战队一队由天通庵和横浜路方向越过淞沪路冲入宝山路，向我驻守西宝兴路的王敬久第87师、孙元良第88师进攻，中国军队立即予以还击。大上海繁华地段不复往日兴荣景象，枪炮声大作，浓烟滚滚，城市转眼变成炮火纷飞的战常第一次世界大战以后最大规模的淞沪会战由此宣告开始。
为抢得战争主动权，赶在日本援军到达之前消灭驻沪敌人，国民党组织淞沪作战部队第9集团军于次日对上海市区之敌发动全面进攻，同时出动空军，轰炸日海军陆战队司令部、汇山码头及海面舰艇。其攻击重点最初为虹口，后转向公大纱厂。经数日苦战，第87师占领沪江大学，第88师占领五洲公墓、宝山桥、八字桥各要点，日军于16日退守江湾以日本海军陆战队司令部为中心的据点，依凭坚固工事顽抗，中国军队虽英勇作战，人人争先奋力杀敌，无奈缺乏重炮，对敌工事不能实行有效摧毁，加之敌又有舰队强大火力支援，中国军队往往屡攻不克，无功而返。且自身伤亡很大。8月14日，负责指挥进攻日军的第88师264旅旅长黄梅兴阵亡，为开战以来中国军队牺牲最高级别之军官。其旅伤亡1000余人，连排军官几乎损失大半。
除在地面战场短兵相接，双方在海上、空中也展开全方位较量。中国飞机于8月14、17和19日多次出动轰炸日军目标，并与日机爆发激烈空战。8月14日，第4驱逐机大队大队长高志航率所部飞机于杭州笕桥机场上空击落敌机6架、击伤多架，首创中日战争史上击落日机的纪录，国民政府后来特将此日定为空军节。15、16日，中日空军连续激战，中国空军在京、沪、杭上空共击落日机40余架。海军亦在8月16日出动两艘鱼雷快艇，自江阴潜至上海外滩，连发鱼雷两枚，击伤日第3舰队旗舰"出云"号后胜利返航。
正当前方战事渐趋激烈之时，蒋介石却以顾忌"国际影响"而命令部队暂缓攻击，其实，他真正害怕的不是"国际影响"，而是日本人。从内心来说，蒋介石根本缺乏与日军决一雌雄的信心和胆略，他也不愿意冒与日本人死打硬拼而让中国共产党和其领导的红军坐大的危险。此时的蒋一如既往对西方列强干预抱着幻想，以他的想法，"英、美洋人不挨几颗日本人的炸弹，他们怎么会出面干预？"因此8月18日，由英、美、法、德意等国组成的外交团提出划上海为中立区的建议，正中蒋介石的下怀。但是日本人却全然不领会蒋介石的"良苦用心"，一口回绝五国的建议，无计可施的蒋介石只好硬着头皮继续下令抗战。经过这一暂停进攻，丧失了战机。日本人却赢得了时间。日军新增两个师团兵力，在中国上海派遣军司令官松井石根指挥下星夜兼程，于8月23日晨分别在吴淞口、川沙等地登陆，进攻上海市区的中国军队遂被迫移主要兵力向北，抗拒登陆日军。