自2月7日起，第19路军即遭到日本陆军第24混成旅团的猛烈进攻。日军在野村吉三郎海军中将的指挥下，把主攻方向转到吴淞和江湾方向。中日军队在蕴藻浜一带连日激战，日军仍未得手。不得已，日本方面再派第9师团长植田谦吉中将为司令官，率该师团于13-15日在上海登陆。18日晚，植田谦吉向第19路军发出要求中国军队从租界境界线北撤20公里的最后通牒被拒绝后，于20日凌晨下达了总攻击令。日军以闸北八字桥方面海军陆战队8000人为一翼，以蕴藻浜南岸至张华浜车站一线第24混成旅团6000人为另一翼，以江湾至庙行方面的第9师团为主攻方向，试图向庙行镇南端来一个中央突破，从南北两面消灭在江湾与闸北的第19路军和刚刚在杨家行、吴淞地区部署完毕的第5军。
日军的这次大规模进攻行动，再度遭到中国军队的顽强抵抗。20日晨，日军向吴淞、江湾、闸北全线进攻，主攻方向是江湾、庙行方面。日军动用了几乎全部火力，包括军舰、飞机、坦克和大炮，向中国军队阵地猛攻。但激战至晚，中方全线未退寸土。次日再战，植田限令夺取江湾，然而日军炮火虽尽毁江湾车站附近建筑，并造成中方守军的重大伤亡，却仍未能达到目的。由于江湾、庙行久攻不下，22日日军以数千兵力进攻八字桥，上万兵力进攻江湾，另以30000兵力于凌晨乘雾猛攻江湾西北的麦家宅，企图由此直下大场，以截断闸北与吴淞之间的联络。上午9时日军终于突破麦家宅阵地，并逼近李家楼。第5军随即调集兵力从三面夹击突入的日军，终于迫使日军退却，恢复了防线，并将一部分日军包围于庙行东北的金穆宅。这一天双方互有攻防，战斗空前激烈，两军死伤都在2000人以上。