1937年8月20日晚9时起，国军继续发起全线攻击。从西安调来上海的宋希濂36师沿天宝路及其两侧进入租界，分别沿着舟山路、公平路、兆丰路、东百老汇路、唐山路、有恒路攻击向前推进。
87师也由引翔港进入租界，第36师一部向汇山码头的日军发起进攻，一度攻入汇山码头，日军凭借其坚固工事激烈抵抗。
战至21日晚，87师215团2营营长李曾阵亡，全营官兵继续冒着敌人密集的炮火，攻击华德路十字路口，冲入建筑物内和日寇短兵相接展开白刃战。
日军用战车堵住路口，并且用燃烧弹焚烧周围的房屋，一时之间大火冲天，熊熊烈火将整个街区都点燃了，冲入街区作战的87师215团2营300多名官兵全部葬身火海，写下了淞沪会战中极其悲壮的一页。
在浦东方面，战斗也非常激烈，1937年8月16日，日本海军陆战队在军舰掩护下登陆浦东，我军第57师一部在三井、耶松、三菱等码头跟日军对攻，双方炮火激烈对轰。
一线双方步兵短兵相接，进行了残酷的肉搏战，日寇抵挡不住被57师击溃，不得不放弃了攻占浦东的企图。8月20日，登陆浦东的日寇被全部歼灭。
此时，华国军事委员会对全国的抗战重新进行统一部署，上海开战一个星期，华国军队虽然取得了一定的战绩，但日军死守坚固的堡垒，抵抗顽强，国军缺乏摧毁堡垒的重炮，使得战绩无法继续扩大，原先的歼敌计划受挫，上海战场规模有越来越大的趋势。
于是华国军事委员会将全国划分为5个战区，上海、浙江、苏南、划为第3战区，由冯御香担任战区总司令，顾墨三任副司令，同时指定浦东方面由张逸斌指挥，淞沪近郊方面由张文白指挥，江防方面由陈石叟指挥，投入兵力30万大军，计划击溃猖獗的日寇。
在此期间温暖组建的敢死队虽然没有出击，但马仔们每晚的狙杀和零星释放的迫击炮弹，也杀死了两千多日军，而且杀伤的目标都是炮兵、机枪手和前线指挥官，对进攻的国军部队提供了很大的帮助。
温暖还趁国军炮击时，在日军弹药堆放点释放迫击炮弹，造成日军七个炮弹堆放点的弹药殉爆，数百日军死伤。
8月20日凌晨1点，国民革命军第51师接到华国军事委员会令其奔赴上海参战的命令，必须在4个小时内集结全部兵力，从宝鸡火车站登车直接赶往上海，参加淞沪会战。
1937年8月20日晨至8月22日，国军夏楚中的第98师、孙元良的第88师、王敬久的第87师、宋希濂的第36师进攻均受到强烈阻击，伤亡非常严重，战场态势一时之间陷入僵持拉锯，日军龟缩据点负隅顽抗待援。
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