1932年2月28日晨，日軍在上海發動全面猛攻。總攻之前，上海日軍人數已達7萬餘人，飛機150架(另加海軍飛機160架)和海軍第一、第三艦隊。此時，中國第十九路軍(包括第五軍)總兵力只有4萬餘人，並已相對減弱，右翼軍損失約1/3，左翼軍損失約1/4，防守線綿延50餘公里，武器損耗極大，僅正面防守就感兵力薄弱。亦曾擬增兵防守，但因兵力不足，迭次急電求援，蔣介石僅令";固守";、";加強戒備";、卻遲遲不發兵增援。日軍爲掩護其主力第11師在瀏河方面登陸，在廟行鎮方面實施猛烈進攻，以便緊緊拖住第十九路軍主力，使其難以向第11師登陸方面轉移。同時爲了迷惑對方的注意力。又在多處實施佯攻，特別是在閘北八字橋、天通庵路等地展開頻繁進攻。在天通庵路附近，雙方激戰8小時之久，守軍第六十師不斷派敢死隊躍出戰壕，短兵相接，迫使日軍退向狄思威路。其他各處戰鬥也甚爲激烈。
閘北八字橋形成拉鋸戰，守軍地三失三得，傷亡很大;日軍傷亡也極爲慘重。團長林崛上校被擊斃。日軍對淞滬地區發動全線進攻後。首先以飛機、炮兵連續轟擊守軍陣地，時間持續3個半小時，然後步兵在坦克、裝甲車掩護下向守軍陣地發起攻擊。第9師、混成第24旅和海軍陸戰隊向廟行、江灣以西、閘北八字橋一線進行猛攻，同時以艦炮轟擊獅子林、楊林口、七丫口等處。7時許，又出動飛機轟炸大場鎮。守軍在優勢日軍總攻下，雖陣地多次被日軍突破，但仍頑強與敵反覆爭奪。日軍第9師左翼隊於午前攻至廣東義地、麥王宅、陸家宅一線;至14時，又進佔談家宅、嶺南橋和楊家樓東側一線。其右翼隊發起攻擊後，遭到守軍的嚴重殺傷，但至下午也先後佔領竹園墩及廣東義地兩側地區，並進入周家宅、四車頭一線，其中央隊佔領了二十三園北部，混成第24旅佔領了戴家宅，並進入張家橋、朱家橋西端一線。 正當第十九路軍和第五軍與日軍膠着在整個正面戰線上頑強奮戰之時，日軍第11師從2月28日6時開始，分別從七丫口、楊林口和六浜口登陸。警戒瀏河地區的中央教導總隊一個連及少數義勇軍，在登陸日軍強大炮火和步兵攻擊下，仍然以寡不敵衆，頑強抵抗。第十九路軍總部急調第八十七師第二六一旅馳援，但因缺乏運輸工具，加之沿途遭日機轟炸，直至18時，有一個團趕到瀏河，此時瀏河已淪入敵手，日軍正向嘉定方向急進。第十九路軍的撤退是主動向新防禦陣地的轉移。
而真如、大場等地的日軍打的更爲慘烈，中國軍隊經常組織敢死隊，抱着炸藥就衝上來同歸於盡，令日軍膽寒不已。在經過一天一夜的拼戰，屍橫遍野之後終於如願佔領了鎮中心，但在鎮子外面，中國軍隊抵抗依舊。
從國內新調來來的第十四師就負責增援市區這一線。而日軍司令白川義則上將得知各線都取得重大突破，勝利已經不遠，急令各部推進，擴大戰果。從日本國內來的14師源源不斷的涌入真如、大場、閘北等城區，他們不知道他們中了中國軍隊的奸計，來的越多，中國軍隊越高興。
時值29日凌晨，此時日軍睡的最香，也是日軍最放鬆的時候，按照既定的時間，隱藏在各處的中國士兵，紛紛出來引爆自己負責的區域，他們原來都躲在事先完好的洞穴當中，因此處戰事極爲激烈，爲保證計劃順利實施，所有的崗位都安排了至少兩個人。
當真如、大場等地紛紛火光沖天，很多日軍在睡夢中就被送進了地獄，有些鬼子睡衣朦朧，看到那麼猛烈而且集中的爆炸，還以爲是海軍的艦炮在發威，就連不少日軍軍官也這麼認爲，紛紛大罵海軍，就算你們高層之間有很深的矛盾，也不應該發泄在我們這些小蝦米身上吧！何況還是在帝國興衰的節點上，居然炮轟我們。日軍在憤怒之餘紛紛找地方躲避。
但整個鎮子都在爆炸買他們又能藏到哪裡去呢，不是被直接炸死就是被炸藥掀起的大石頭等砸死，當爆炸停止，無數十九路軍，第五軍官兵涌入這些城鎮，與殘餘日軍激戰到近天明，爲避免遭到日軍飛機艦炮的重大殺傷，在收拾了能用的東西之後，兩軍並未在此停留，而是迅速退守嘉定、太倉一線。
這也是沒有辦法的事情，爲了這個計劃，十九路軍和第五軍拿出了所有家底，連吳淞炮臺的要塞炮彈都用上了，他們現有的武器彈藥根本再支撐一場大範圍的戰爭，而政府也不知道多久沒有發武器彈藥給他們了。
那天張治中和蔣光鼎、蔡延鍇談了很久才決定按照王九齡的計劃來，這樣一來可以體面的結束戰爭，又可以保存有生力量。時候根據國際社會統計，日本在這次戰爭中傷亡兩萬多名士兵，戰死15000，在中國軍隊最後一次反擊中日本損失竟然達到八千多，，其中除幾百傷員之外，其餘全部死亡。
中國方面據不完全統計，中國第十九路軍與第五軍的官兵犧牲4270餘人，負傷約9830餘人。3月7日，上海社會局公佈，自上海戰事以來，上海房屋、商店、工廠、住房四項損失在14萬萬元以上; 11日，又公佈，至當月6日止，上海居民受害者16萬戶，死6080人，傷2000人，失蹤104萬人。20日，上海市教育局公佈，因爲上海戰事各學校所受損失:受害學校共228所，財產損失達1000多萬元。
上海戰事就如此結束了，除了第五軍和十九路軍，還有老蔣，其他所有人都沒想到，包括王九齡。原本王九齡認爲自己的計劃成功，將會大大延遲戰事進程，3月3日戰事不會結束，所以他帶着從飯島哪裡繳獲的佐官刀，開了兩輛大車，準備拿刀去換些武器彈藥來支援前線，也就沒有問張治中計劃成功後的後續計劃，張治中雖然比較看好王九齡，但並不意味着什麼事都要告訴他。
而日軍兩個沒想到，一個是白天大的那麼慘烈，才奪回來的陣地，居然是敵人的圈套，居然一下子被幹掉八千多，二是沒想到中國軍隊打瞭如此大勝仗，居然就撤退了，實在是匪夷所思。
而歐美國家跟日本人的想法是一樣的，不過很多人對中國軍隊高看一眼，在武器裝備遠遠處於劣勢，人數幾乎是敵人的一半，還是久戰疲勞之師，居然能擊斃的敵人是己方被擊斃的三倍，各國大爲吃驚，從新對中日雙方的國力、戰力進行評估。尤其是德國，覺得這個盟友是可以信賴的，在後來更加大了對中國全方位的援助。這點倒是因禍得福了，國民政府也沒想到。