2月8日，倭军在吴淞遭受重创的消息传到东京后，根据倭寇那边天皇批准的敕令，倭军参谋总长载仁急令陆军第九师团火速增援沪市。2月13日午后，第九师团主力到达沪市港，2月16日，该师团全体官兵于吴淞登陆完毕。由此，第九师团长接替了野村的统帅职务。此时，倭寇侵略军海陆空兵力已达3万余人，野炮六、七十门，飞机60余架，并有舰艇数十艘集中于吴淞口。
第九师团长首先于13日深夜发表声明，宣称：“如有妨害本师团执行任务者，必将采取果断措施，决不姑息。”18日，第九师团长又向蔡廷锴提出了最后通牒，内称：“贵军应立即停止战斗行为；并应在2月20日午后5时前，从下列地区撤退出去：在黄浦江西岸地区，从连接租界西端曹家渡镇、周家桥镇及蒲淞镇以北撤退；在黄浦江东岸地区，从连接烂泥渡及张家楼镇线以北撤退，各撤退至距离各租界边界线20公里地区(包括狮子林炮台)以外。同时，撤除在以上地区内的炮台等其他军事设施，并不得再用……以上各条如不见实行，倭军不得已将对贵军采取自由行动，由此产生的一切后果，应由贵军负责。”真是自不量力，可笑之极！
蔡、蒋接到第九师团长的所谓最后通牒后，下令前线部队向倭军阵地猛烈开炮，作为对那个傻叉第九师团长最后通牒的回答和警告。看看我军多硬气！！
2月20日晨，第九师团长令倭军全线总攻，采取中央突破，两翼卷击的战法，以第9师团主突江湾、庙行结合部，企图北与倭军围攻吴淞，南与陆战队合围闸北。
倭军先以大炮轰击，继之以步兵协同坦克部队，分两路进犯张华浜一线和杨树浦一线，但都被我部守军击退；闸北倭军带千余人和坦克十余辆，因我部提前做好地雷防御工事，坦克因触地雷，被炸飞，随行倭军被波及，死伤枕藉，大快人心！
2月21日，倭寇第九师团长亲自指挥步兵数千人，在飞机、大炮配合下，向我部守军阵地冲击，我方士兵奋力打击，双方伤亡均重，战斗延至23日黎明。倭军试图从江湾车站包抄江湾镇，我部守军英勇抗击，多次冲锋，生俘倭军空闲升少佐及士兵数百人，倭军打不过撤退了。
李增部在8日晚到达江湾镇后，就收到上级命令：原地驻扎休整，修筑防御工事，警戒并做好战前准备！李增带队仔细研究了一下附近地形，镇子适合隐蔽，利用城墙内街市、房屋与街道的优势，如果进倭方沿街道前进，那么在街道过宽处用数道铁丝网、车障、拒马堵住街道来此对倭方进行阻滞。
在障碍物的后方布设街垒工事进行阻击，在窄一点的街道设置交错式街垒。在十字路口中设置街心堡（地堡）、向四周发扬火力，封锁十字路口的街道，阻止进攻方前进。此地堡下方有一条地道（交通壕）与一侧的家屋相连，方便互相支援与联络。
借助有利的建筑工事使李增部在和倭军对抗中减少了伤亡，并立下大功。当时倭军企图不知不觉从车站包围镇里守兵，但没想到镇子里被李增他们提前做了全面的防御工事，倭军猝不及防，死伤无数，李增带队生擒了不少倭寇。
其实倭寇主力第9师团抵达沪市后，就准备对沪市守军发动第二次总攻。其计划是从闸北到吴淞实行全线攻击，以牵制我军队兵力，主力则集中指向江湾、庙行，企图占领这两个要点，实现“中间突破”，切断第5军和19路军的联系，然后各个击破。
2月20日拂晓，倭军出动飞机十余架，不断在庙行阵地上空往返侦察轰炸，海军舰炮及陆军重炮向庙行阵地猛烈轰击。与此同时，倭军炮火猛烈轰击蕴藻浜阵地，企图强渡蕴藻浜，以策应庙行作战。但没想到我军在每部分都设立了强有力的阻击部队。
上午9时，倭军一部接近小场庙至麦家宅阵地前方，然后对我军阵地实行火力搜索，炮火连续不断地在我军阵地上轰炸。中午，倭军3000人向我军发起攻击，防守麦家宅、竹园墩阵地的527团官兵奋起还击，庙行战役由此打响。
我军战士不怕牺牲，竭力杀敌，机枪声，爆炸声连绵不绝。经3小时的激战，倭军伤亡累累，无力再战，遂退回原有阵地。随后倭军2000余人向小场庙、金家塘阵地进攻，523团官兵掩处于战壕内，开展进战，击退倭军。黄昏后，倭军步兵停止进攻，但海陆炮火继续向我军阵地轰击，企图摧毁我军工事及有生力量，以便第二天继续发动攻击。
2月21日，倭军炮火继续向庙行第五军88师阵地进行狂轰滥炸。战场上满目疮痍，有人躲避不及受伤，随后，倭军步兵数千人向严家宅、庙行镇之线发起进攻。待倭军接近后，523、524团官兵奋勇还击，击退倭军。随后，大批敌军以纵深配合，再向庙行以南的麦家宅、竹园墩、小场庙、严家宅之线不断发动全线进攻，我523、524、527团与敌军开展激战，其中麦家宅、徐旭所在竹园墩前线战斗尤为激烈。倭寇兵络绎不绝的往上冲，在枪击和炮火的加持下，我部守军也不断有战士倒下，一个战士牺牲了，又一个战士补上去，我们的战士浴血奋战拼尽全力用自己的生命来守护我们的国家的尊严和领土完整！！！经一天的奋战，暂退敌军。
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