淞沪会战打了一个多月，战事久拖不决大出日军意料。日军虽然凭借装备和武器优势，将中国军队的进攻一一挡回，但是中国军队前仆后继、悍不畏死的英勇顽强抗战，也给向以战无不胜自诩的"皇军"重大杀伤，日军进展却并无多少。为了尽快结束上海战事，不使"三个月灭亡中国"成为一句空话和笑柄，日本统帅部不得已再次作出增兵的决定。将华北方面军所属第9、第13、第101师团转隶上海派遣军序列，此外，还从台湾调来了步兵旅团、重藤支队、第1后备步兵团以及伪靖安军第1旅、伪李春山旅和伪于芷山旅等部队，这样，加上原有的几个师团，日军到9月下旬在上海的兵力，光步兵就达到了5个师团：
第3师团：师团长藤田进
第11师团：师团长山室宗武
第9师团：师团长吉住良辅
第13师团：师团长荻洲立兵
第101师团：师团长伊东政喜
每个师团下辖2个步兵旅团、1个骑兵大队、1个工兵联队、1个炮兵联队和1个辎重兵联队，算上空军和海军的兵力，日军在沪总兵力达到20万人。
面对敌人调兵遣将，国民政府也决定迅速增派各省及中央军部队至淞沪参战。为打赢这场硬仗，蒋介石不惜血本，把当时的精兵良将几乎全派到了淞沪前线。集团军中，除了原有的第8、第9、第15集团军外，又增加了薛岳的第19集团军、刘建绪的第10集团军，稍后，又调来廖磊的第21集团军。9月21日，前线部队部署也做了调整，以应对作战需要：
第15、第19集团军编为左翼兵团，陈诚为总司令，下辖3个军团、江防军总司令部及总预备队，共约16个师、2个要塞司令部、4个独立团、1个江苏保安队；作战地域为蕴藻浜以北的万桥、罗店、广福地区；
第9集团军为中央兵团，朱绍良（取代因病调任大本营管理部部长的张治中）为总司令，下辖7个军18个师、1个独立旅、1个炮兵旅、1个淞沪警备司令部和1个上海保安总队；作战地域为北站、江湾、庙行一线及其以西地区；
第8、第10集团军为右翼兵团，张发奎为总司令，下辖10个师、3个独立旅、3个新编旅、1个中央军校教导总队和1个岸防部队；作战地域为苏州河以南至杭州湾北岸地区。
加上不久后赶赴上海参战的第21集团军及川军刘湘部5个师，国民党军总兵力已达70个师、70余万人。