攻陷寶山的日軍第3師團一部分向著寶山西面的楊行進攻，另一部登陸的日軍朝楊行南的江灣鎮進發，他們實施中央突破的戰術，企圖割斷中央軍與左翼軍的聯繫，達到各個擊破的目的。
由於敵人在沿江各點登陸成功，第三戰區司令長官部下令停止總攻擊，根據新的作戰形勢，於9月6日頒發了第二期作戰要旨：
一、戰區以保持經濟重心鞏固首都而行持久抗戰之目的，就現包圍敵人之態勢，運轉優勢兵力，截斷各登陸敵之聯繫，限制其發展，並圍攻獅子林及小川沙方面已登陸之敵，以打破其包圍我軍之企圖，而收各個擊破之效果。
二、如不能達到各個擊破敵人之目的時，則依狀況逐次後退至敵艦炮射程外，以決戰之目的佔領陣地，乘敵陸軍火力不能協調之際，發揚我精神與物質之威力，一舉將其擊破之。
中日雙方都企圖包圍對方，各個擊破，猶如執黑執白的圍棋手，包圍與反包圍，擊破與反擊破，在黃浦江以北的水網平原上，揭開了鬥智斗實力的又一輪戰局。
松井石根指揮的兩個師團和海軍陸戰隊經過與中國軍隊的激烈拼殺後損兵折將，要想擊破中國守軍的防線，實行迂迴包圍策略深感兵力不足。他只得向陸軍大臣和參謀總長求援：「根據上海的敵情及地形，要給南京軍以大的打擊，最小限度也需要5個師團。」
參謀本部派出第三科部員西村敏雄少佐專程到上海視察，他聽了彙報，看了戰場，向軍部報告說：一、敵人的抵抗實在頑強，無論是炮擊還是被包圍，絕不後退；二、估計敵人第一線兵力約19萬，第二線停戰區內有27～28萬；三、中國居民對敵人有極其強烈的憤慨；四、由於調軍艦運送緊急動員的部隊，派遣軍後方接濟不上，兩個師團陷於嚴重的苦戰中。
西村報告的情況大致屬實，可是日本軍部對向上海增兵仍然意見不一。
支持松井石根的陸相杉山元接受了增兵的要求，可是作戰部長石原莞爾不同意增兵，他當即向參謀總長提出辭職。
作為參謀總長的載仁親王只好晉謁天皇：「增派第9、第13、第101師團及台灣守備隊到上海，並派後備步兵10個大隊到上海。」
天皇批准了這個增兵計畫。日軍參謀本部當即以「臨參命第99號」派吉住良輔第9師團、荻洲立兵第13師團、伊東政喜第101師團及野戰重炮兵第5旅團、獨立野戰重炮兵第15聯隊、獨立工兵第12聯隊及第3飛行團開赴上海，編入上海派遣軍的戰鬥序列。
在這3個師團中，第13師團和101師團全部是由新兵組成的新師團，部隊中的軍官僅大隊長以上是現役軍官，其他是再次入伍的徵召軍官。為了加強空軍力量，統帥部派駐守台灣的值賀忠治少將的擁有94式偵察機、95式戰鬥機、93式輕轟炸機和93式重轟炸機共37架的第3飛行團配合上海派遣軍。根據上海地區的河川密布，地下水位高，野戰工事不太深的情況，日軍確定用50公斤類型的炸彈就能達到預想的深度和密度。日本參謀本部及時總結了第一階段進攻上海的失利原因認為：由於不熟悉上海的兵要地誌，僅從觀念上認為水網地帶不適宜野炮，結果進攻中炮火不足。據作戰部隊報告，從現有的道路來看，可以使用重炮。於是，在增援部隊中增派了一個野戰重炮旅團。
包圍戰需要一定的兵力，可是，兵力不僅僅是戰鬥人數的多少。在日軍加強飛機、炮兵和相配套的騎兵、山炮、工兵、輜重和通訊、衛生人員的同時，中國軍隊的空軍已經沒有幾架可以起飛的飛機了，有限的炮不是口徑太小，就是用不上。胡宗南的第1軍不少部隊使用的還是20年代的漢陽造和雜牌槍支。19師每連只配6挺輕機槍，重機槍大部分也是老三十節的漢陽造，19師不但沒有鋼盔，連雨衣也沒有。下雨天，官長打雨傘，士兵戴斗笠。一馬平川的戰地全靠工事隱蔽，日本軍修工事用坦克履帶來回壓，壓出一道戰壕，還有鑿坑機，既快又結實。而中國軍隊只靠鐵鍬。還有通訊聯絡，日軍為指示炮轟目標，常用系留氣球，可中國軍隊連夜間站崗喊口令都解決不了，他們奇怪：50米100米以外的日軍陣地為什麼夜間接崗聽不到口令？這個謎後來才解開。在打掃戰場時，有個中國士兵在日軍屍體的口袋裡摸出了一個小玩意兒，他不知這是什麼東西，幾個中國兵都覺得稀奇新鮮，有一個膽子大一點的，放在嘴邊吹了一口氣，這小玩意兒居然發出了響聲。他放進嘴裡一吹，像清麗悅耳的鳥鳴。這下子大家才恍然大悟，原來這個鐵皮做的小玩意兒是交接崗用的口哨，怪不得他們常在夜間聽到敵人陣地上的鳥叫，日軍站崗不喊口令。
日本人按照自己的方法作戰，可中國軍隊靠外國人指揮作戰。身為大元帥的蔣介石，不知是自愧戰略淺薄戰術不懂，還是忙於政務，他聘請德國顧問在中國的軍隊中服務。德國軍事顧問的意見是舉足輕重的。在上海外圍平原上實行陣地防禦，以遲滯殲滅日軍的作戰方法，就是德國軍事顧問團團長阿列克山德·馮·福肯豪森提出來的。他認為在江河交錯的水鄉，日軍的重裝備運動極其不便，而中國軍隊以輕裝備為主的步兵則適應這個地區，應增強防守密度。德國人規定每個師的防守正面約1300米。
可是德國人光是從地理書上知道長江入海口是水網地帶，他可能不知道水網地帶上修築了四通八達的公路，他難道不知道重火器的射程足以威脅這一片水網地帶上沿江及江岸附近的不少重要據點？
上海戰場的西邊有一道當時中國最具規模和耗資巨大的國防戰線，它從杭州灣北岸的嘉興開始，經蘇州、常熟到長江南岸的福山，又稱「吳福線」。被日本人稱為「興登堡防線」的這道國防工事也是在德國人的建議和策划下興建的，可最終沒有起到任何作用。自然，按照德國顧問的建軍目標，用德式裝備和德國式的訓練方法訓練的一些「精銳部隊」，雖然素質相對要高一些，可是照搬照套的全盤西化，也不符合中國的國情。比如德國顧問強調，步槍絕對不能打飛機，於是日本飛機超低空在頭上扔炸彈，中國兵只能縮著腦袋等待挨炸。
中國軍隊像一個拼湊組裝的畸形人，靠外國人的腦袋指揮，用自己的腿走路。
這是沒有辦法的事情。曾在中國戰地採訪的美國《時代》雜誌記者西奧多·懷特對安娜·雅各布說：「蔣介石以為自己是第一流的軍事領袖。雖然他指揮著全國作戰，卻稱不上是一個戰略家。……無論是進攻還是防守，蔣介石都沒有一個切實可行的全盤計畫。魏特邁對此感到非常震驚。在一個重大的行動之前，無論是在預測日軍行動方面，還是在調動部隊佔領有利地形方面，蔣介石都不是很成功的。他總是在日軍發動進攻之後，才急急忙忙把部隊調往前線。……美國官員在談到蔣介石的戰略部署時說：『對於一個足智多謀的軍事家來說，他還是一個吃奶的孩子。』」
當然，美國人稱譽他的「政治才能」，說蔣介石「在政治交易藝術方面，自古以來是無人能和他相比的。在平衡各派勢力方面，他是一位大藝術家」。
中國軍隊在很大程度上靠的是一種精神和一種制度。參戰的部隊從水路、公路、鐵路到上海，大部先在南翔車站待命。可不怕死的士兵見日本飛機來扔炸彈硬是不肯隱蔽和卧倒，他們顯得十二分的勇敢，他們指著日機大罵，但許多人沒有上戰場就殉國了。桂軍以英勇聞名，白崇禧親自上前線指揮，6個師的部隊迎著日軍的坦克、大炮和機槍衝鋒。桂軍人人英勇，挺著身子往前沖，沒有人利用地形地物，沒有人匍匐前進，甚至沒有彎下腰，像在戰場上閱兵，士兵端著刺刀向坦克衝鋒。畢竟肉體擋不住槍彈，隊伍一堵一堵地倒下去，真是屍橫遍野，6個師全部被擊潰！
8月31日，日軍海空協同攻佔了吳淞鎮，第6師奔赴吳淞與楊行和敵激戰。這一天，上海作戰部隊傳達了蔣介石大元帥發出的訓示：
此次抗敵作戰，為我民族死中求生之唯一出路，亦即我革命軍人報國立功之大好良機，自應加倍奮勵，各下不成功便成仁之最大決心，有進無退，有我無敵，殲滅寇虜，固我邦家。本委員長現率全國各軍，誓與我袍澤同患難，共生死，茲特以至誠至嚴之意，與我全體將士約：凡貪生怕死，臨陣畏怯，不能發揚戰術與武器威力者，同濟將士應共棄之。凡信仰動搖，精神鬆懈，不能盡其責任，而致貽誤戰機者，同濟將士應共除之。大義所在，躬親罔循，本委員長尤當按照軍律以衡情論罪，不稍寬假，凡以上約言，亦即本委員長所以自勵，苟有跨越，我全體將士，均可執約相加所不敢辭。望共稟之。
從某種意義上來說，戰爭的勝利是靠鐵一般的紀律換來的，高度的一致是取勝的保證。但是，日本軍隊雖有武士道般的蠻橫但沒有蔣委員長那樣的「訓示」。為了完成攻擊和包圍中國軍隊的作戰任務，剛登陸的第9師團以聯隊為單位集合，倖存者們在軍旗前舉行宣誓，並向天皇所授的軍旗告別，以表示誓死的決心。這種形式庄