淞沪之战是由局部抗战转为全面抗战的标志。由此，两国军队和两个民族展开了一场又一场的殊死搏斗……
8月17日，张治中指挥国军开始实施铁拳计划，对日军发动第二次总攻。国军炮兵对虬江路一带实施猛烈的火力准备，将沿途炸成一片火海，同时空军第5大队第25中队8架霍克在副队长董德明上尉的指挥下，再次轰炸了日军司令部。
返航时，飞行员阎海文少尉座机被敌高炮击中。跳伞后因风向落入日军阵地，被日军步兵包围。阎海文宁死不降，拔出手枪击毙日军3人，大喊中国无被俘空军！后举枪自戕殉国，时年21岁。同时也告诉日本，中国人决心死战到底，绝不屈服！
随后，陆军即刻发起攻击，突击队在刘宏深少校的指挥下，一路猛冲，很快突破日军防线，并向纵深推进。日军大川内少将见突击队孤军深入，急令担任预备的骑兵队从侧翼杀出，以迟滞国军的攻势，随后一队骑兵从一条巷子直冲突击队，刘宏深少校当即牺牲，突击队损失惨重，随即用手榴弹与敌骑兵同归于尽！保安 1团赶到时仅救出几人。8月18日，因英、美、法、德、意五国联合调停，向中日两国提议，要求双方同时将军队撤离上海，国府为争取外交主动并没有表态，但无论如何，日本肯定不会同意。
同一天，中日双方在上海都没有闲着，国军36师星夜驰援，终于在18日晚赶到上海吴家宅，张治中重新调整部署，令36师接替87师防线右翼，向海军操场至黄兴路一带集结，对杨树浦港以西，沙泾港以东各师于19日拂晓前准备攻击。
同时，日本海军调集大型舰艇支援上海，其中包括25艘驱逐舰、5艘巡洋舰和2艘航空母舰。对国军构成严重威胁。
淞沪会战爆发，中国海军的实力与日本海军相比，处于绝对劣势。驻沪舰队司令王寿廷指挥驻沪海军固守阵地，协同陆军作战。
14日，将运输舰“普安”号等几艘船只沉塞黄浦江的董家渡，征用6艘轮船沉塞江南造船所附近的航道，又将14艘商船沉塞十六铺，在黄浦江烂泥渡附近又沉塞4艘收缴的日本商轮。
到17日晚，在黄浦江内构成了三道防线，同时布放了一批水雷，以封锁淞沪各航道、港汊，阻止日军乘舰溯江上犯包抄我陆军后路，使日军妄图速战速决，一个月占领上海的计划落空。
8月14日，设在江阴的江防司令部，欧阳格任司令，徐师丹任参谋长。当即派快艇大队长安其邦率领“史102”和“文171”号2艘鱼雷艇，驶往上海奇袭日本第三舰队旗舰“出云”号。
胡敬端、刘功棣两艇长受命后，对艇进行了伪装，于当夜启航。2艇只开动副机从江阴内河入江，昼隐夜行。途中，“文171”号发生故障，停机抢修，迟一天到达。
“史102”号按计划于15日晚到达龙华，胡艇长在水泥厂与先期到达的欧阳格等人进行了简短的研究，决定仍按原方案单艇出击。第二天，在与友军取得联系后，安其邦、胡敬端等在英租界外滩一带侦察“出云”舰及附近情况，发现十六铺封锁线外有敌炮舰巡防，外滩江面停泊多艘各国军舰和商船，环境比较复杂。这时，“文171”号也赶到，欧阳格为慎重起见，决定仍派“史102”号单艇出击。
晚上，“史102”号从龙华开动副机，悄悄地驶出十六铺附近的封锁线后，开动两部主机，冒着敌舰的炮火，全速向下游冲去。但江面观察困难，驶至外滩陆家嘴附近仍看不清“出云”舰的位置，再推迟发射鱼雷就有可能丧失战机。
于是，该艇向预定的方位发射了2枚鱼雷。这时，快艇也被敌炮弹击中，只好冲驶搁浅在英租界九江路外滩码头外档，把武器装备卸弃江中，人员泅水隐蔽在码头下面，等到夜深人静才游上岸。这时，事先安排好的接应人员将他们接到租界内的惠中饭店，以后又转移到八仙桥青年会，历时月余才辗转返回江阴。
8月20日，何应钦致电欧阳格，谓：“南京路外滩一役，我快艇官兵壮烈殉国，深为钦佩。虽未获成功，但已减敌舰骄横之气焰。尚望再接再厉，整饰部署，以竟全功。”
中国海军的这次袭击，使日军极为震惊，一连几天搞不清这次袭击来自何方。
20日起，日本海军飞机向淞沪海军机关轰炸，海军驻沪司令部、造船所、军械处、电台站、飞机制造处、警卫营住地、仓库码头等先后被炸毁。正在造船所修理的“永健”号炮舰与敌机相持几日，炮弹告竭，致被炸沉。这是在抗战中损失的第一艘中国军舰。
中国海军在上海继续进行秘密敷设水雷的工作。9月7日晚，日军登陆的浦东新三井第三、第四码头以及趸船和2艘汽艇被炸毁炸沉。后敌军改用海军码头登陆，又被炸，军用品多被炸毁，并炸沉运输汽艇。
其时，敌“出云“舰停泊在其昌码头，司令官松井石根大将住舰指挥，中国海军再次组织袭击。29日凌晨，派特务兵宜升、陈兰藩等携水雷3具，泅水炸伤”出云“舰尾部，周围日海军铁驳船4艘、小火轮10艘遭重创，防御物均被炸毁。时逢日本海、陆军和外交首脑于军事会议闭幕后回宿舰中，受惊不小。翌日，军舰急忙驶出港外。
随着沪战的进行，日本海陆军援兵不断增加。到9月中旬，侵入中国的日本军舰增至120艘，其中运输舰、兵员舰70艘，航空母舰4艘，分泊山东、吴淞、杭州湾，战斗更加剧烈。
中国海军把存沪的高射炮大量供给浦东陆军组设炮队，扼守要隘，到后来吃紧时，海军警卫营也投入了当地军警作战，该营死守阵地，陷敌重围，伤亡惨重。高昌庙失陷后，海军各机关被占领，警卫营奉命与陆军第五十五师官兵坚守到最后才突围而出。
由于中国海军在沿海及上海附近各港汊择要敷设水雷，加上黄浦江上的3道封锁线，使敌舰艇屡被炸伤炸沉。直至高昌庙失陷，日本海军仍不能前进。中国海军在撤离淞沪战场时用自制地雷把苏训河沿岸桥梁、梵王渡铁路桥等破坏。从9月下旬以后，中国海军的对日作战已逐步转移到长江航道。
此时，陆地上的战斗仍在继续，张治中利用调停的时间重新调整上海的部署，决定让国军的唯一一支坦克部队——装甲兵团参战。
可是，这个装甲兵团开战初期就被调往华北，要到21日才能全部赶到上海，战局紧张，时不我待。张治中上将不得不把在修理厂剩下的几辆装甲车调过来，准备于19日发动第三次攻击。
8月19日，国军为配合进攻，派出小分队渗透到日军阵地各处放火。凌晨，87师从杨树浦区向日军阵地发起攻击。随后，36师立即投入战斗，当天的战斗对日军侧翼造成很大威胁。日军随即出动装甲车配和步兵向杨树浦发动数次反击，企图夺回白天丢掉的阵地，均被我军击退！
张治中见未动后续部队，就突破日军阵地，决心以此扩大战果，突入贯穿杨树浦租界至汇山码头，截断日军左右两翼的联络，然后再向东、西两面压迫，彻底消灭日军陆战队。
这次作战计划就是集中兵力北向南进行突击，从今四平路以南，将攻势直指黄浦江边的敌核心阵地汇山码头，与88师会合后就可以将日军阵地一分为二，然后加以个个击破。
南京高层也非常支持此计划，除调集装甲兵团外，还调来了一个150毫米重迫击炮连和教导旅的两个步炮连配合作战。
8月20日拂晓前，日军从昆明路方向连续发动反扑，均无进展。当日下午4点，中国空军对虹口陆战队司令部等处进行轰炸。21点，张治中下令各部准备于24点发起进攻，参战各师召开营级以上军官会议，具体落实作战方案。
天亮后，日军立刻组织舰炮火力对国军突入部队实施火力覆盖，国军步兵在炮击下举步维艰，无法即时跟进坦克作战，导致坦克车辆孤军深入，很快被日军击毁，有些坦克是被组织爆破组炸毁，多数坦克被日军火炮炸毁，仅有3辆冲到了汇山码头，最后被日军海军集中火力射击，全部被击毁。装甲营1连连长郭恒健上尉和2连连长郑绍炎上尉阵亡。
失去坦克后，36师、87师和98师与日军在唐山路、兆丰路、汇山码头血战，此地段均为高层建筑，日军组织交叉火力，出动装甲车辆与国军逐街逐巷的战斗，战况空前惨烈！
第36师212团第1营攻至舟山路与华德路之交叉口，遭两旁高楼的日军交叉火力射击，官兵死伤甚大，营长吴垂昆少校身负重伤，带伤指挥作战。
该团第2营营长李增少校身先士卒，当场阵亡，该营见正面攻击无法得手，便从一条小巷迂回，准备从高楼后面攀窗而上，突入日军阵地。结果该营正在攀登时，日军坦克突然冲出，切断了通往街道的唯一一条巷口，然后用燃烧弹猛轰，300多名官兵葬身火海，无一生还！
当天的作战虽然将日军压缩至汇山码头、公大纱厂和陆战队司令部，但是损失很大，尤其是装甲兵团，基本上失去了战斗力。其他各师各级军官非死即伤，但是最终还是失败了。
25日凌晨，日军旗舰“出云号”指挥所，松井石根与长谷川清在反复研究地形和我军兵力分布情况之后，定下以主力攻克罗店的决心。
日军第11师团于23日拂晓从狮子林及川沙口登陆，向沿江要点宝山、月浦、罗店等地发起攻击，抄袭淞沪战场左翼军的后背。
张治中迅速抽调第11师、第98师投入抗登陆作战，并亲赴江湾前线督战。
但是，当张治中来到前线时才知道，淞沪战场的作战序列已经进行了调整，蒋已任命军政部次长陈诚为第15集团军总司令，将蕰藻浜以北地区防务全部划归陈诚负责，并将原先隶属张治中指挥的第18军罗卓英部划归第15集团军。
罗店是控制沿江各河口的重要据点，对登陆和反登陆作战都至为重要。25日清晨，松井石根指挥第3师团主力，分兵三路，在川沙、狮子林、吴淞口强行登陆，上陆后三路日军直扑罗店。
奉命防守罗店的是陈诚的15集团军、第18军的霍揆章14师和李树森64师。两师一正一侧，与三面杀来的日军激烈战斗。日军利用身后舰上炮火的明显优势，步步逼进罗店外围守军阵地。
国军部队在这片不很广阔的防御空间显得很密集，人员和阵地互相靠得很近，日军炮火对造成的威胁十分严重，几乎每一个炸点附近都有伤亡发生。为减轻敌人的炮火优势，只得将敌人放近再打，战场上经常出现短兵相接、激烈肉搏的场面，每打一个回合，双方都要运下一批死者和伤员。
25、26、27日三天，罗店战场激战不停，日军每前进一步要付出巨大代价，国军官兵三个昼夜没有休息，经常边打仗边啃几口冷干糖，时常可见困极了的士兵在战斗最激烈时竟在战壕中睡着了。
27日傍晚，日军停止了进攻，做调整补充，我军亦抓住时机修复工事，补充弹药。第15集团军总司令陈诚将军冒着冷枪冷炮来到前沿着望官兵。
陈诚见士兵们在阵地上疲惫不堪，无精打采的样子，并没有责怪他们，他知道正是这些兵在用血肉之躯阻当着装备优势的日军。
他走了几个阵地，在一个机枪掩体中与士兵们攀谈起来。他问机枪手懂不懂“枪语”，机枪手们迟疑地摇摇头，不知道怎么回答。
陈诚说：日军的机枪手在战斗开始时总是打三发点射，“啪啪啪”、“啪啪啪”，意思是在问我们的机枪手“怕不怕？”如果我军是有经验的老兵，这时就要回答两发点射，“啪啪”、“啪啪”，意思是“不怕！不怕！”
陈诚的一番话说得士兵们开心地大笑起来，阵地上的气氛顿时轻松了许多，士兵比从前显得精神了不少，几名老兵向陈诚表示一定多杀鬼子，守住阵地。
又走了几个阵地后，陈诚感到前沿工事太差，部队伤亡很重，目前又无援兵可调，很难再坚持了，他吩咐两位师长再顶28日一天，待他布置好下一道防线后便将部队撤下来。
28日晨，又一批日军登陆。三路日军对罗店展开集团强攻。守军从23日开始登陆起已顽强坚持了5天，部队已经伤亡过半，战至中午，数百名日军从右翼阵地突入我军防线，防守那里的官兵几乎全部阵亡。缺口一开，大批日军蜂拥而入，从侧面向我防线猛冲，我军抵挡不住，撤出阵地。
罗店失守的消息很快报到蒋介石指挥部，蒋大为震惊，严厉斥责陈诚不该放弃坚守，并令他立即组织反击，务必夺回罗店。当晚，陈诚调集14、11、67等师反击罗店，密集的枪炮声整整响了一次，日军顽强防守至天明，我军反击不成，只好撤了回去。
日军在攻占罗店之后，登陆条件有了很大改善，松井石根命令11师团协同第3师团迅速攻占吴淞镇，彻底打开登陆的大门。31日，日军第3师团在海军强大火力的配合下，在吴淞口抢滩登陆，11师团从陆上攻击吴淞镇守军。
防守吴淞的部队是张治中第9集团军杨步飞61师的一个团。全团官兵腹背受敌，两面作战，虽然极其艰苦危险但仍浴血死守，寸步不让。
松井石根在一艘军舰上亲自指挥攻击吴淞镇，他预计凭籍优势兵力和强大火力，最多3小时定可结束战斗，但攻击开始后，5小时匆匆过去了，攻击部队仍被挡在外围，气得他折断手中的指挥尺，让参谋要通海、空军作战指挥官的电话。
不多时，参与当天各处战斗的20多艘军舰的炮火和30多架轰炸机一齐将目标集中到吴淞镇。密集的轰炸铺天盖地，小镇上本来已是满目疮痍的民房连同守军阵地一起，倾刻之间变成一片焦土。
冯玉祥、陈诚分别在各自的指挥部看见吴淞镇上空的浓烈硝烟，他们痛惜我军官兵又一次付出了巨大的伤亡。
守军在剧烈的炮火下伤亡贻尽，日军乘机占领了吴淞镇。
在听到敌人在川沙口登陆的报告后，张治中觉得敌军已抄到后面，我军有全部被敌包围的危险，因此亲到前线去，一面镇定军心，一面设法挽救目前的危局。
从南翔到江湾只十几里路，本不算远，但他一出门就碰上敌机，三架至九架，不断地在上空来往轰炸扫射。他本来坐的是小汽车，敌机临头，他就下车隐蔽，敌机转头，又马上前进；但走不多远，敌机来往太多，小汽车不能再走了，他就穿着一双马靴徒步走去。
中途遇见一个骑脚踏车的传令兵，下车向张治中敬礼：怎么，总司令走路？他也来不及对他说别的了，骑上脚踏车就走。一路上，他一会停止掩伏，一会又乘隙前进，就这样冒险赶到江湾叶家花园八十七师师部，才把正面军心稳住。
张治中到了江湾，决定不顾任何困难，抽调11师、98师迎击登陆的敌人。那时由正面抽出这些部队真不容易，且因敌机狂炸、扫射，部队简直无法行动。11师师长彭善在初接到调动命令时对他说：简直炸的不能抬头，怎么办呢？
张治中说：不能抬头也得走，难道我能从南翔一路冒轰炸走到江湾，你们就不能从江湾走到罗店吗？
就在这个万分危急的局势下，抽调两师人迎敌，直到9月5日清晨，陈诚命第15集团军俞济时74军的51师赶到，猛烈袭击日军左侧后，与包围圈内的我军部队一道围歼1500余日军，动摇了日军防守罗店的部署，日军被逼退了出去，这场恶战才告一段落。
罗店血战为整个淞沪抗战写下了可歌可泣的一章，淞沪之战打碎了日本以速战速决灭亡中国的梦想，打击了日军的嚣张气焰。
由于张治中迅速的部署，才把已经失去的罗店收复。罗店收复的影响很大，不仅稳定了正面，而且维护了对后面的交通，使后面的部队能继续增缓，才能与敌保持对峙的态势。当天晚上张治中从江湾回到总司令部，已是深夜十二时了。
8月23日，战场态势出现了第一个转折。日军大批增援部队，在松井石根大将的率领下，分别从川沙、吴淞等处强行登陆，对中国军队形成侧翼威胁。
中国军队被迫停止对苏州河以北日军的攻势作战，转而对付登陆之敌，作战重点变成登陆与反登陆及沿江要地的争夺战，战线开始向北翼延伸。至此，左翼军经逐街逐屋的争夺，予驻沪日军以重大打击，并夺回了大部分阵地。但是，由于未能攻占日海军司令部及汇山码头等重要据点，实现控制全上海的作战目标，使得淞沪战役第一阶段的作战任务半途夭折。
同时，在大批敌军增援部队登陆的态势下，因一部分中国军队被牵制在西线，从而形成了两面作战的不利局面，这就给后来整个战局的发展，造成战略态势上的负面影响。
此时国军如果继续维持上海的攻势，就必须增兵，否则就得放弃上海，撤退至预设国防工事同，这样南京就会受到直接威胁。事关全局战略，老蒋也不敢擅自决定，正好陈诚和熊式辉从上海回到南京，向老蒋汇报战局，现在国军在上海作战远远低于预期作战目标，而且已经很难在日军后续部队登陆前彻底清除上海日军的据点，到那时，一旦日军像1931年时在上海的侧翼登陆，国军就危险了。因此熊报告说不能打，还提出上海地形沿海靠江，有利于日军发挥海军优势，国军应终止上海作战，逐步撤退至预设国防线。
淞沪会战虽然发生在东亚，却对整个世界局势产生了重大影响。
为了支援中国的抗日战争，1937年8月21日，中苏两国在南京签订了《中苏互不侵犯条约》，同时签订了中国从苏联购买武器的借款协定。
早在9月，蒋介石派军事委员会参谋次长杨杰和国民党中央执行委员张冲，率中国军事代表团以“实业考察团”名义访问苏联，同苏方洽商苏联对中国军事援助事宜。
杨杰向苏联盟防人民委员伏罗希洛夫元帅陈述了中国抗日战争的世界意义及与苏联的利害关系，并坦率地表明中国由于缺乏抗日军事物资使抗战面临巨大困难。随后，以杨杰为团长的中国军事代表团和由苏联炮兵联炮兵人民委员拔也夫、空军人民委员拉宁等组成的苏联代表团进行了具体洽商，大致确定了苏联对中国抗日战争军事援助事宜。
这些援助主要包括：向中国提供军事货款、提供武器装备和派遣军事人员等方面，其基本情况大致是这样：
军火贷款。中国全面抗战开始后，落后的军事工业无力弥补战场消耗。为进行长期抗战，中国急需进口大量军事物资•而进口军事物资则需要大量的外汇，而当时国民党政府仅有2.5亿美元的外汇储备。在这种情况下，1938年至1939年，苏联向中国提供了2.5亿美元的贷款，这些贷款对中国抗日战争是极大的支持。
援助武器装备。从抗日战争全面爆发到苏德战争前，苏联援助中国的武器装备，以空军和陆军的装备为主，尤以飞机、大炮与机枪为多。抗战开始时，中国空军仅有305架作战飞机，经过战争初期消耗，到1937年11月仅剩30余架。从1937年至1941年，据苏方统计，这一时期苏联向中国提供飞机 1325架，各类大炮16000门，汽车和坦克等车辆1850辆。中国空军飞行员所驾驶的飞机，大多来自苏联的援助。
除了提供军火贷款和援助武器装备以外，苏联还派遣军事人员直接参加中国抗日战争。自1937年11月开始，据苏方统计，援助中国抗日战争的苏联军事专家有3665人，援华军事顾问有300多人，在中国服务的苏联人有5000多人。特别是苏联还直接派遣苏联空军志愿队来华与中国空军并肩作战。
苏联空军志愿队到中国后，参加了保卫南京、武汉、南昌、重庆、成都、兰州等中国战略要地的空战，轰炸日军机场、车站、舰船、仓库，支援中国陆军作战，共参加过25次战役，击落日机100余架，炸沉日舰70余艘。苏联派来的空军志愿人员有2000多名，有200多名为中国人民的抗日战争献出了宝贵的生命，其中包括轰炸机大队长库里申科和驱逐机大队长拉赫曼诺夫。
1941年6月2日，苏德战争爆发，苏联宣布停止对中国抗日战争的军事援助。
在1939年12月曾指出：“抗日战争以来，没有一个帝国主义国家的政府真正援助了我们，只有苏联是用了空军和物资援助了我们。但是，苏联对中国抗日战争的军事援助在很大程度上也基于自身利益考虑和取决于自己的战略需要。
苏联对中国抗日战争的军事援助基要上都给予了国民党政府，中国共产党却没有从苏联那里得到过一枪一人的援助。正如崔可夫所说：“在所有战区都有我国的军事顾问，但在共产党的军队里没有苏联顾问，仅有几个苏联记者……。
由于苏联的援助，蒋介石政府更加增强了对日作战的信心，因此，自8月23日起，中日双方大量援军抵达上海。更为激烈残酷的两军主力阵地攻防战斗逐步展开。
陈诚为第15集团军总司令后，作为第9集团军总司令的张治中竟被蒙在鼓里，直到23日深夜张治中来到第18军检查工作时，才清楚有这样一个变化，这在张治中的心理上，不能不看作是一个耻辱。怎么发表了陈诚做15集团军总司令，连他也不知道？18军本归他指挥，为什么忽然划归15集团军，他也不晓得？张治中说：我几天几夜未曾睡觉，奔驰战地，亲授机宜，使左翼的危机得到解救，而人家却冷眼旁观，还认为我多事。这究竟是什么缘故，真难令人索解了。
事情并没有到此为止。24日，张治中从嘉定前线返回徐公桥总司令部，听说第三战区副司令长官顾祝同已经到了苏州，自忖两天以来，自己专顾前线，没有同后方联络，应该到苏州看看顾祝同，借此向最高统帅报告请示。所以，张一到苏州，未与顾祝同照面，就先打电话给蒋，以期申说几天来内心的苦闷。不料，电话刚刚接通，蒋就厉声责问：你在哪里？
张治中回答：我在苏州。
蒋介石一听更火了，为之大叫大喊：两天找你不到，跑到后方来了！
张听到这里，不觉也火了，话里也就带刺了：罗卓英原来归我指挥，我不能不去看看，我不知道他已划归15集团军陈辞修指挥了！显然，这已经不是辩解，而是反驳了。
在这样的气氛下，蒋、张两人都不能保持冷静的心态了。
蒋介石对张的解释，不但不予理睬，而且一个劲地严词责问：为什么到苏州？为什么到苏州？
张本来蓄积了一肚皮的委屈，现在不但得不到申诉的机会，而且在蒋的眼里成了一个胆小鬼，心态一下子失衡了。于是，心灰意冷之下，顿时有了破罐子破摔的念头，当即就在电话里顶撞起来，大声反问：委员长想怎么样？我是去苏州与顾墨三商量问题的。我一直在前方，委员长究竟想怎么样？
蒋介石的个性，当然是吃软不吃硬的。一句“委员长究竟想怎么样？更惹得蒋龙颜大怒了，当即厉声喝道：你究竟想怎么样？还问我怎样？说完，愤然挂断电话，不再留给张治中一个解释的机会。
这样一个无端的指责，真让张治中伤心透了。他认为：在淞沪一带的部署，自信毫无错误；自己身为总司令，运筹帷幄，身临前线，冒险犯难，艰苦备尝，不能不算是一个奋不顾身的高级将领；
事实上，从8月14日起，张治中就已经深入前线指挥，亲自在叶家花园水塔上督战，始终是处在第一线。至于未能一次占领上海，统帅部失机于先，3次下令停止攻击，后来大战展开，又得不到空军方面的有力配合，造成陆军进攻迟滞；
23日日军增援部队登陆，张治中始终在前线奔走督战，因前线电话线屡被炸坏，以至没有及时与后方通电话。又不是临阵脱逃吗？为什么不能谅解，反生这样大的气呢？这一个意外的横逆，刺伤了他的心！
苏州通话以后，张治中的情绪极为低落。因第9集团军当面已不再是淞沪战场的主要作战区域，张治中的作战指挥责任亦大大减轻，由此而产生了辞去集团军总司令职的念头。
此间，军委会副参谋总长兼军训部长白崇禧到淞沪战场视察，张治中趁机向白氏提出辞职请求，并请白转呈蒋氏。
消息很快下来了，蒋已同意张治中的辞职请求，准以顾祝同兼代。不料，因白崇禧反对临阵换将，顾祝同亦不肯兼代，蒋只好中止命令，仍令张治中继续负责。
这是一个曲折，未尝不可以看作是一个勉强的表示。以张治中的自负，当然觉得没有继续恋栈的必要。于是，张治中再次亲函蒋氏，正式提出辞职请求。
他在信中报告了8月11日至31日期间的作战经过，申明在沪战第一阶段未能全部扫荡敌军的原因，说明“自作战以来，职之部署计划，皆经逐日呈报，而钧座命令音旨，亦一一遵转实施。职于指挥以似无不当之处，但扫荡沪敌之任务，因力量与时间之限制，终未达成，职当身负其责。
最后，张治中提出：职病体未愈，力疾支持，已感形神交瘁。职虽有为国牺牲之精神，深恐于事无补，反足贻误。似此职在责任上，在病体上，均应求所以自处之道。务祈钧座迅赐明令免职。为达到辞职目的，张并提出如顾祝同不愿兼代，或以朱绍良继任，或以陈诚统一指挥第9、第15两集团军，自己愿留在大本营奔走效力，谨当竭其绵薄，以报高厚。
从张治中的这份辞职函中，不难看出，张治中的辞职，责任不足论，病体亦不足论，真正的原因，仍在于沪战第一阶段未能完成扫荡沪敌的任务。蒋氏认为这是张治中指挥不力的责任，张氏则认为这是统师部指挥失当的责任。然而，双方又都没有明确把这个问题讲出来。在蒋，只是通过削弱张的指挥职权及到苏州一事，借机发泄，表示其不满；在张，也只是通过辞职一事，提出抗议，表示其不服。
然而，张的辞职函呈蒋后，总是不蒙批准。说是可以批准了，忽然又不准了。
在沪战第一阶段，张治中担任中国方面的最高指挥官，现在忽被解职，在敌军方面，当然是一大动向。于是敌人的广播，说是张治中的建议不被采纳，而且与陈诚闹意见，所以辞职。敌人如此宣传，当然是一个煽动、离间的诡计。
但是，说到张治中对蒋氏的不快，以及与陈诚的磨擦，又不能不说是一个实情。
总的说来，陈诚指挥对日作战屡败，除了中日两国国力相差较大的原因外，更重要的还在于他忠实地执行蒋介石片面的抗战路线，在总体上形成国民党正面战场大溃退的局面。所以有人称陈诚为“三昌将军”，以讽刺陈失掉南昌、武昌、宜昌。
难怪后来有一次陈诚与张治中在长沙吵架，互相揭“短”。
陈诚逼人太盛，首先发难：张文白，我看你只有自杀，才对得起长沙人。作为高级将领，未见敌人一兵一卒，未闻枪声炮声，就慌慌张张就跑到对岸岳麓山下，还有脸回来？
张治中毫不示弱，反唇相讥：陈辞修，算你行，谁不知道你这个“三昌将军”，半个中国都给你断送了，你对得起中国人？还在这里打皇腔！
两人你来我往，唇枪舌剑，欲罢不能。最后两人都被蒋介石叫去臭骂一顿，才算了事。
9月下旬，淞沪战场仍处于一片战火纷飞之中，而张治中竟于中途放下责任，这对于一个以抗战为已任的高级将领来说，也不能不看作是一个沉痛打击。在苏州同蒋通话之后，虽然遭受了无端的横逆，但是他仍然怀着一颗沉重的心，于当晚半夜返至总司令部指挥作战。