第十九路军赶紧调整部署，将驻扎在镇江以东的第六十师调到南翔和真如一带，将第六十一师调到上海。原驻上海的第七十八师全部开往前线，增强防御力量。
2月3日，日军出尔反尔，再次向闸北进攻，同时动用二十多艘军舰和十多架飞机，轰击吴淞炮台。日军的轰炸有一些确定的目标，因为在日军发动“一·二八”事变的当晚，川岛芳子只身潜入吴淞炮台，查清了炮台的火力配置，给日军送去了情报。
日军的第二次进攻，仍然有装甲车掩护。他们占领了可以扼守要地的屋顶，架起机枪，向守军阵地射击，还把手榴弹从高处扔下，炸毁防御工事。守军处境艰难，仍然寸步不让。他们也扔手榴弹，和日军拼刺刀。一声声轰然巨响，双方官兵都在爆炸中粉身碎骨。
中国军队拼死搏杀，仍然挡不住钢铁的装甲车。日军突破阵地，将守军切断为两截。守军迎头反攻，把手榴弹扔向日军。他们愿意舍身成仁，只求炸毁那些该死的装甲车！日军胆敢冲上来，守军便和他们拼刺刀。中国军人视死如归，日军躲在装甲车后面缩成一团，不敢前进。守军一次连续炸毁日军装甲车五辆，打退日军的冲锋。翁照垣旅伤亡严重，上级派第一二○旅接防。
日军连连失利，不甘心失败，发动第一次总攻击，几千人分三路会攻闸北，几百人攻击八字桥。第十九路军顽强抵抗，迫使日军承认“进展不易”，只好撤回出发阵地。
第二天，日军企图在吴淞方面取得突破，出动十三艘军舰和二十四架飞机，猛烈轰击吴淞要塞，炸毁炮台六座，炮台守备营被迫后撤，日军乘机在要塞登陆。翁照垣旅迅速增援吴淞，将日军击退。这一天，守军歼灭了江湾日军一个联队。守军乘胜反击，各线激战长达九小时，日军再次失败。
第三天，日军再次进攻闸北，第十九路军顽强抵抗，阵地失而复得。日本海军陆战队指挥官认为，守军后方阵地很坚固，如果不付出较大代价，是难以攻破的。于是，日军停止进攻，撤回原阵地。
日军的第一次总攻被守军粉碎了，曾经扬言四个小时就可以占领上海的日军总指挥盐泽幸一，由于指挥进攻失败，被撤消职务，并领命回国。对于这件事，美国记者埃德加·斯诺评论道：
在现代，恐怕没有其他海军司令像盐泽上将（应为少将）这样，在他被免去在上海的高级指挥权以前的几天里，接二连三地犯这么多错误。这都是由于他一开始就低估了敌方的士气和力量。他把整个战役建立在一种迷信上，似乎只要一挥动日本国旗，中国军队就会落荒而逃。
他在他的最后通牒被全盘接受之后发动战事，首先就违反了国际法。他以租界作为进攻中国人的基地，破坏了租界的传统地位。他没有预先警告非战斗人员就轰炸一个人口稠密的城市，违背了国际惯例。而且他公开对华开战，自然是撕毁了一切国际和平条约。
淞沪抗战爆发后，中国共产党在上海通过工会和学生会，动员市民支持第十九路军抗战。
开战后第三天，中国妇女的杰出代表前往真如慰问前线将士。宋庆龄手捧一枚炮弹，在战区的断壁残垣前留影，表达她与官兵们一道抗战的决心。何香凝赋词一首，题为《赠前线将士》，文辞激越，以中国女性的民族愤慨激励军中男儿：
倭奴侵略，野心未死，既据我东北三省，复占我申江土地，叹我大好河山，今非昔比。焚毁我多少城市，惨杀我多少同胞，强奸我多少妇女，耻！你等是血性军人，怎样下得这点气！
上海的四百名青年工人组成义勇军，驻守在宝山路一带。他们只有五十多支毛瑟枪，却打退了几千名日军的进攻。复旦大学组成了学生义勇军参战，打死打伤两百多名日军。上海商会会长王晓籁将两百多名童子军交给第十九路军指挥，这些学生有一些牺牲在前线。
有一天，日军抓住汽车司机胡阿毛，用重金引诱他运送军火。胡阿毛答应了，心里却打算将这些枪弹送给抗日军队，无奈车上有四个日本兵严密监视，他无法改变线路。当汽车经过黄浦江时，他猛打方向盘，车向江水中直冲而去，刹那间，连车带人沉入江底。
罢工的工人们封锁了日本工厂，检查日货，监视奸商，禁止把粮食和其他物资卖给日本人。中国工人拒绝为日军装卸和搬运军火，还参与破坏日军的通讯和交通。
第十九路军有位连长名叫曾统，妻子陈宜贞芳龄二十，身体健康，能识字读书。她对丈夫说：“男儿杀敌，不要放过机会。我虽是女流之辈，也愿意从军作战，你看怎么样？”
曾统说：“你不适合上前线，不如去做看护，同样可以为国尽力。”
陈宜贞说：“许男子杀敌，为什么不许女子杀敌？杀一个够本，杀两个赚一个，这不是对我军有利吗？”
她说做就做，剪掉长发，穿上军装，随曾统来到军营。日军冲过来时，她钻进战壕，发射十几枪，打死几名日军。此后，她常在战场上和日军拼搏。
后方的妇女掀起了慰劳军队的热潮。她们缝制衣物，还把诗文和警句系在送给军人的衣物上。
一位名叫陈彩珍的女子温婉地写道：风雪入新春，干戈起沪滨。心长嫌线短，聊慰出征人。