还在中日双方激战的时候,上海日军总指挥野村吉三郎向日军统帅部发出急电,切盼“迅速增援重兵”。日本陆军中央部为了“挽回”第九师团在上海惨败的面子和国内、国际的反战压力,认为必须迅速“解决”上海问题。2月23日,日本陆军中央部决定动员和编组上海派遣军。2月24日,日本陆军中央部以前陆相白川义则为司令官,指挥第十一师团、第十四师团迅速驰援上海日军。2月29日,白川义则和厚东笃太郎率领第十一师团先遣部队抵达上海。白川义则在听取了参谋长田代皖一郎的汇报后,立即下达作战命令。白川义则企图以第九师团在庙行镇方面继续实施正面进攻,以刚调来的第十一师团在浏河方面登陆,迂回中国守军侧背,截断京沪铁路,瓦解中国守军的抵抗。

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在多次增兵以后,上海日军已有7万多人,飞机300多架,并有大量海军。与之相反,第十九路军和第五军的总兵力只有4万多人,并且在前几次战斗中右翼军损失三分之一,左翼军损失约四分之一。这点微弱的兵力防守绵延50多公里的阵地,加上武器损耗极大,正面防守已经感到兵力薄弱。浏河地区为守军防御阵地的左侧后方,对整个防御关系极大。因此,日军如果在浏河地区占领桥头堡,则中国守军左翼将会陷于腹背受敌的危险态势之下,情况异常危险。在这种情况下,中国守军因兵力不足,多次急电求援增兵固守。

但是,蒋介石仅令“固守”、“加强戒备”,并不发兵增援。情况危急,第十九路军无法兼顾正面与侧翼,只能集中兵力防守正面战场,以阻止日军从江湾方面的突破,对浏河方面近20公里的沿江防线上仅有中央军校教导总队1个连及少数义勇军担任警戒任务。日军为掩护其主力第十一师团在浏河方面登陆,在庙行镇方面实施猛烈进攻,以拖住第十九路军主力。同时,日军为了迷惑中国守军在多处实施佯攻,特别是在闸北八字桥、天通庵路等地多次发起进攻。中国守军奋起反抗。在天通庵路附近,第六十师不断派敢死队跃出战壕,与日军短兵相接,迫使日军退向狄思威路。闸北八字桥守军阵地三失三得,伤亡很大。日军伤亡也极为惨重。

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3月1日晨,日军对淞沪地区发起全线攻击。日军对中国守军阵地持续进行3个半小时的轰炸。然后,日军步兵在坦克、装甲车的掩护下发起攻击。中国守军在优势日军的总攻之下仍顽强与日军对抗,阵地多次失而复得。正当第十九路军和第五军与日军在正面战场激战之时,日军倾第十一师团主力强占浏河,从3月1日开始分别从七丫口、杨林口和六浜口登陆。警戒浏河地区仅有的1个连及少数义勇军在登陆日军强大炮火和步兵攻击下,仍然以寡敌众,顽强抵抗。第十九路军指挥部急调第八十七师第二六一旅驰援。但是,因缺乏运输工具和日机轰炸的破坏,直至3月1日晚才有1个团赶到浏河。

但是,这时浏河已沦陷日军之手。浏河失陷之前,第十九路军曾请求国民党军政部速派两个师的兵力驰援。但是,国民党军政部却置之不理。浏河失陷,日军对中国守军侧面及后方构成严重威胁。于是,中国守军被迫于3月1日晚全军退守第二道防线,即黄渡、方泰、嘉定、太仓一线。2日薄暮,五一七团由庙行左翼抵嘉定娄塘镇附近。朱耀章营驻防朱家桥,此地为太仓、嘉定间之要冲。血衣犹湿的朱耀章,迅速布置构筑防御工事。日军以千余之众,趁我军久战疲惫之际,从浏河猛扑而来,向五一七团警戒线夜袭。第二日8时,日寇又增加主力4000余人向我阵地突击,进迫朱家桥北岸五一七团团部,我守军阵地危在旦夕。朱耀章闻讯立即亲自率领第三连疾驰赶到,向日军奋勇冲击、用白刃肉搏战,打退了进攻的日军。

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阵地前日军尸体成堆,我守军三连官兵也为国捐躯所剩无几,留下了一片血海。下午4时,团长张世稀决定率部冒死突围。朱耀章接到命令后,召集全营仅有的官兵,慷慨陈词,激励以必死决心效忠阵地。全团官兵杀声震野,势不可挡,日军受到猛烈攻击,抵挡不住后退,重围被解开,保障了第五军和第十九路军的退路。朱耀章却在突围中身中七弹,壮烈殉国,年仅30岁。朱耀章牺牲后,从他身上找出一首沾着烈士鲜血的遗诗,题为《月夜巡阵线有感》:风萧萧,夜沉沉,一轮明月照征人。尽我军人责,信步阵后巡。曾日月之有几何?世事浮云,弱肉强争火融融,炮隆隆,黄浦江岸一片红!大厦成瓦砾,市镇作战场。昔日繁华今何在?公理沉沦,人面狼心!月愈浓,星愈稀,四周妇哭与儿啼。男儿百战死,壮士十年归!人生上寿只百年,无须流连,听其自然!为自由,争生存,沪上麾兵抗强权。踏尽河边草(河:指宝山蕴藻浜),洒遍英雄泪。又何必气短情长?宁碎头颅,还我河山!

后来,张治中将军在《第五军参加淞沪抗日战役的经过》一文中写道:“葛隆镇一役关系很大——如果不是我五一七团奋勇拒止,则敌趋葛隆,陷钱门塘,直下铁路,我们第五军和第十九路军的归路就断了,那后果是不能想象的。”他又说:“这一天的血战,死了我军一个营长、两个连长和连附、六个排长,士兵伤亡近千数。就中第一营营长朱耀章身中七弹,殉国成仁,尤为伟烈。”第十九路军的撤退是主动的、有计划的行动,是向新的防御阵地转移。第十九路军始终保持着战斗的精神。

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3月2日,第十九路军向全国各界发出退守待援的电文。其中指出:我军抵抗暴日,苦战月余,敌军武器装备先进,运输快捷,全靠我中国民众援助,士兵忠勇,肉搏奋斗,伤亡虽然惨烈,仍能屡次挫败敌人锋锐。日军又增加援兵两个师,而我军运输艰难,后援不继,从21日起,我军每天都有重大死伤,以致倾全军之力在正面战线。而日军一个师又从浏河方面登陆,我军无兵抽调,侧面后方,均受到日军攻击的危险,不得已于3月1日夜,将全军撤退到第二防线,继续抗日。本军即使战至一人一弹,也不向暴日妥协。3月2日,日军在第十九路军全线撤退后占领了闸北、大场、真如。第二天,日军进抵南翔。此时,日军发表停战声明说,“只要中国军队不采取敌对行动,我军将暂时原地不动,停止战斗行动”。同一天,国联开会决定,要求中日双方停止战争。至此,上海淞沪战事基本结束。