2月14日，日軍陸軍中將植田抵滬，兵力增至3萬余人。

2月16日，張治中向蔣介石請(qǐng)戰(zhàn)，蔣介石命軍政部派張治中率嫡系第5軍抵滬，并命令：“著第5軍歸蔣總指揮光鼐指揮。”蔣光鼐決定實(shí)行區(qū)分作戰(zhàn)，下達(dá)了兵力布置命令。以第19軍軍長(zhǎng)蔡廷鍇為右翼軍指揮，占領(lǐng)南市龍華、真如、閘北、八字橋、江灣一線，軍部設(shè)在真如；以第5軍軍長(zhǎng)張治中為左翼軍指揮，占領(lǐng)江灣北端一線，及死守吳淞要塞，軍部設(shè)在劉行鎮(zhèn)。各部務(wù)于17日拂曉布防完畢。

2月18日，日軍發(fā)出最后通牒，要求我軍退出租界20公里，撤去此范圍內(nèi)軍事設(shè)施并永不重建。“父親憤然拒絕這些無理要求，斷然下令：用大炮回答它！”

20日晨，日軍發(fā)起進(jìn)攻，父親一面指揮部隊(duì)，一面以19路軍名義通電全國(guó)：“軍人報(bào)國(guó)，粉身碎骨是份內(nèi)事，大戰(zhàn)開始之日，即本軍授命之時(shí)。使一卒一彈猶存，則暴日決不得逞……”這種拼死抵抗的決心，引起了蔣介石的不滿。

蔣介石直接打電話責(zé)問蔣光鼐說：“這個(gè)仗打得差不多了，下令停火吧！”

蔣光鼐當(dāng)即頂撞說：“衛(wèi)國(guó)保土乃是軍人天職。強(qiáng)敵壓境，怎能不奮起自衛(wèi)？這仗一定要打，而且已經(jīng)打起來了，無法收手！”

在19路軍的抗擊下，江灣、廟行兩處爭(zhēng)奪激烈，雙方都傷亡慘重。22日，日軍傾巢出動(dòng)，向我軍廟行、江灣陣地猛攻，企圖從中方守軍的陣地中央突破，然后向兩側(cè)擴(kuò)展，將19軍和第5軍各個(gè)擊破。守軍沉著應(yīng)戰(zhàn)，指揮部調(diào)度有方，接連挫敗日軍的進(jìn)攻。

雙方激戰(zhàn)數(shù)日，日軍始終未能前進(jìn)一步。植田“中央突破”的計(jì)劃終告破產(chǎn)。

“淞滬抗戰(zhàn)”激勵(lì)全國(guó)，后方官兵紛紛請(qǐng)纓抗戰(zhàn)，蔣介石拒絕再向上海增兵。而日本內(nèi)閣決定組建上海派遣軍，派前陸軍大臣白川義則任司令官統(tǒng)一指揮。

下午8時(shí)，我軍因援絕兵盡，全線動(dòng)搖。當(dāng)晚11時(shí)，蔣光鼐被迫含淚下達(dá)全線撤退的命令。全軍上下“擐甲哀鳴，淚盡以血”。

19路軍的英勇抗戰(zhàn)雖然受到國(guó)民黨政府的壓制，但得到了民間的大力支持，國(guó)民黨政府欠下19路軍數(shù)月軍餉，全依靠國(guó)內(nèi)外的捐款才得以彌補(bǔ)；沒有武器補(bǔ)給，竟然用上海總工會(huì)自制的土炸彈來抵抗日軍的鐵甲裝備；上海一天之內(nèi)開辟出幾十個(gè)傷兵醫(yī)院。“父親他們也一次次向全國(guó)通電，表達(dá)了誓死保衛(wèi)國(guó)土、抗戰(zhàn)到底的決心。”蔣建國(guó)說，“19路軍與第5軍乘夜各自按照指定路線撤退，秩序井然，天亮?xí)r，主力部隊(duì)及輜重已離開戰(zhàn)場(chǎng)40里，而日軍并未覺察。到2日午后，日軍才發(fā)現(xiàn)中方主力已經(jīng)轉(zhuǎn)移，開始追擊，而中方掩護(hù)部隊(duì)按計(jì)劃逐次抵抗，使19路軍與第5軍順利后撤到第二防線。”

3月3日，“國(guó)聯(lián)”開會(huì)決定，要中日雙方停止戰(zhàn)爭(zhēng)。以后，大規(guī)模戰(zhàn)事基本停止。

5月5日，中日簽訂《上海停戰(zhàn)協(xié)定》。

蔣介石決心對(duì)“違令”的19路軍加以整肅。5月6日，蔣下令將該軍一個(gè)師調(diào)往江西歸南昌行營(yíng)指揮；一個(gè)師調(diào)往武漢歸武漢行營(yíng)指揮；1939年蔣光鼐和周恩來在重慶曾家?guī)r合影一個(gè)師調(diào)往安徽。蔣光鼐、蔡廷鍇等人據(jù)理力爭(zhēng)，堅(jiān)決不服從。

5月8日，蔣光鼐在杭州寫信1給蔣介石，請(qǐng)求辭去19路軍總指揮職務(wù)。

5月28日，在蘇州舉行“淞滬抗戰(zhàn)”陣亡將士追悼大會(huì)，各界人士4萬多人參加了大會(huì)，蔣光鼐念及數(shù)月來所思所感，凝悲憤于筆端，揮毫親撰一聯(lián)：

自衛(wèi)乃天賦人權(quán)，三萬眾慷慨登陴，有斷頭將軍，無降將軍，石爛海枯猶此志；相約以血湔國(guó)恥，四十日見危授命，吾率君等出，不率其入，椒漿桂酒有余哀。