尽管损失惨重却没能取得任何实质上的进展。进攻受挫后，日军深感兵力不足，一面利用游弋在黄浦江上的大口径火炮不断轰击十九路军阵地，同时紧急从其国内增调援兵。

　　一周后，得到补充的日军恢复对十九路军的攻势，此次不但有舰炮掩护，更出动飞机助战，战况及其惨烈！敌人凭借强大的火力，在部分地段集中优势兵力，对守军阵地反复突击，闸北全线告急，多处阵地易手，指挥部不得不出动预备队逆袭敌军，夺回阵地，至此，上海之战陷入胶着状态。日军虽然拥有火力上的压倒优势，但是在整个防线上兵力并不占优，只能采用集中兵力进行一点突破，分割包围的战术。也曾经尝试分兵迂回到十九路军的后方，实施迂回作战，没想到刚刚在江湾登陆的部队就落入中国军队的埋伏，最后全军覆没。

　　此时上海乃至全国的报纸、报刊和电台纷纷报道十九路军奋勇抗战的事迹，社会各界捐款捐物并组织民众上前线劳军，全军上下士气高涨，誓言战斗到底。军部的高级将领也亲赴一线，鼓舞官兵的斗志。上海作为一个国际都市，有相当多的外国报社和电台，也对中国守军的抵抗行动详细报道，对中国军队的战斗力充满了佩服和惊讶。这使得原本认为可以轻松解决十九路军的日本军部感到颜面尽失，恼羞成怒之下，连续撤换指挥官，同时继续从日本本土增调大批援军。

　　二月十一日，日军集中两个大队的兵力，在飞机和舰炮的掩护下，猛攻蕴藻滨、曹家桥，以包抄据守吴淞口的守军，但是在彻夜的激战中，中国军队舍生忘死，寸土必争，并且主动迂回到日军后方夹击敌人，几处重要的阵地又失而复得，使日军最终功败垂成。日军连续在上海作战失利，使得东京的军部为之震动。为了挽回皇军无敌的颜面，决定由陆军接管上海的作战，派第九师团长植田谦吉中将率领陆军精锐，与增援的海、空军到达上海，同时增派有名的“久留米”旅团参战。而国民政府迫于全国民众的压力，不得不启用下野的蒋介石指挥军队。蒋介石接手之后立刻将自己的嫡系部队八十七与八十八师，加上中央军校的教导团与特种部队，组成第五军，由张治中率领，投入上海的战斗序列，接防左翼防线，以支援十九路军作战。植田谦吉的任务就是在上海狠狠地“教训”一下中国的军队，因此在大军部署完毕之后，于二月二十日，在海空军强大炮火掩护之下，在‘江湾’和‘庙行’之间，由坦克支援步兵，发动中央突破的猛烈攻击。这场作战对中国军队而言，是前所未见的三军立体攻坚战，但是十九路军和第五军两支部队联手反击日军的攻势。在激烈的争夺战中，日军不但没有突破中国守军的阵地而达成战术目标，反而在‘庙行’争夺战中，被八十八师逆袭包围，歼灭一千多人，遭到惨败。‘庙行大捷’的消息一经传出，中、外的舆论一片哗然，国人更是欣喜若狂，奔走相告，支持军队抗日的情绪，因此达到了空前高涨的地步。进退维谷的日本政府只好孤注一掷，在二月二十四日，特别派遣前陆军大臣白川义则大将，恢复现役，出任新组成的“上海派遣军”司令官，增派第十一与十四师团，以及空军团队加入上海战斗序列，至此，日军在上海的总兵力已超过十万人，而十九路军和第五军加起来也不到五万人，兵力已经处于绝对的劣势，并且完全没有海空火力的支援，上海抗战到了最危急的时刻。