1932年2月28日晨，日军在上海发动全面猛攻。总攻之前，上海日军人数已达7万余人，飞机150架(另加海军飞机160架)和海军第一、第三舰队。此时，中国第十九路军(包括第五军)总兵力只有4万余人，并已相对减弱，右翼军损失约1/3，左翼军损失约1/4，防守线绵延50余公里，武器损耗极大，仅正面防守就感兵力薄弱。亦曾拟增兵防守，但因兵力不足，迭次急电求援，蒋介石仅令"固守"、"加强戒备"、却迟迟不发兵增援。日军为掩护其主力第11师在浏河方面登陆，在庙行镇方面实施猛烈进攻，以便紧紧拖住第十九路军主力，使其难以向第11师登陆方面转移。同时为了迷惑对方的注意力。又在多处实施佯攻，特别是在闸北八字桥、天通庵路等地展开频繁进攻。在天通庵路附近，双方激战8小时之久，守军第六十师不断派敢死队跃出战壕，短兵相接，迫使日军退向狄思威路。其他各处战斗也甚为激烈。
闸北八字桥形成拉锯战，守军地三失三得，伤亡很大;日军伤亡也极为惨重。团长林崛上校被击毙。日军对淞沪地区发动全线进攻后。首先以飞机、炮兵连续轰击守军阵地，时间持续3个半小时，然后步兵在坦克、装甲车掩护下向守军阵地发起攻击。第9师、混成第24旅和海军陆战队向庙行、江湾以西、闸北八字桥一线进行猛攻，同时以舰炮轰击狮子林、杨林口、七丫口等处。7时许，又出动飞机轰炸大场镇。守军在优势日军总攻下，虽阵地多次被日军突破，但仍顽强与敌反复争夺。日军第9师左翼队于午前攻至广东义地、麦王宅、陆家宅一线;至14时，又进占谈家宅、岭南桥和杨家楼东侧一线。其右翼队发起攻击后，遭到守军的严重杀伤，但至下午也先后占领竹园墩及广东义地两侧地区，并进入周家宅、四车头一线，其中央队占领了二十三园北部，混成第24旅占领了戴家宅，并进入张家桥、朱家桥西端一线。正当第十九路军和第五军与日军胶着在整个正面战线上顽强奋战之时，日军第11师从2月28日6时开始，分别从七丫口、杨林口和六浜口登陆。警戒浏河地区的中央教导总队一个连及少数义勇军，在登陆日军强大炮火和步兵攻击下，仍然以寡不敌众，顽强抵抗。第十九路军总部急调第八十七师第二六一旅驰援，但因缺乏运输工具，加之沿途遭日机轰炸，直至18时，有一个团赶到浏河，此时浏河已沦入敌手，日军正向嘉定方向急进。第十九路军的撤退是主动向新防御阵地的转移。
而真如、大场等地的日军打的更为惨烈，中国军队经常组织敢死队，抱着炸药就冲上来同归于尽，令日军胆寒不已。在经过一天一夜的拼战，尸横遍野之后终于如愿占领了镇中心，但在镇子外面，中国军队抵抗依旧。
从国内新调来来的第十四师就负责增援市区这一线。而日军司令白川义则上将得知各线都取得重大突破，胜利已经不远，急令各部推进，扩大战果。从日本国内来的14师源源不断的涌入真如、大场、闸北等城区，他们不知道他们中了中国军队的奸计，来的越多，中国军队越高兴。
时值29日凌晨，此时日军睡的最香，也是日军最放松的时候，按照既定的时间，隐藏在各处的中国士兵，纷纷出来引爆自己负责的区域，他们原来都躲在事先完好的洞穴当中，因此处战事机尾激烈，为保证计划顺利实施，所有的岗位都安排了至少两个人。
当真如、大场等地纷纷火光冲天，很多日军在睡梦中就被送进了地狱，有些鬼子睡衣朦胧，看到那么猛烈而且集中的爆炸，还以为是海军的舰炮在发威，就连不少日军军官也这么认为，纷纷大骂海军，就算你们高层之间有很深的矛盾，也不应该发泄在我们这些小虾米身上吧！何况还是在帝国兴衰的节点上，居然炮轰我们。日军在愤怒之余纷纷找地方躲避。
但真个镇子都在爆炸买他们又能藏到哪里去呢，不是被直接炸死就是被炸药掀起的大石头等砸死，当爆炸停止，无数十九路军，第五军官兵涌入这些城镇，与残余日军激战到近天明，为避免遭到日军飞机舰炮的重大杀伤，在收拾了能用的东西之后，两军并未在此停留，而是迅速退守嘉定、太仓一线。
这也是没有办法的事情，为了这个计划，十九路军和第五军拿出了所有家底，连吴淞炮台的要塞炮弹都用上了，他们现有的武器弹药根本再支撑一场大范围的战争，而政府也不知道多久没有发武器弹药给他们了。
那天张治中和蒋光鼎、蔡延锴谈了很久才决定按照王九龄的计划来，这样一来可以体面的结束战争，又可以保存有生力量。时候根据国际社会统计，日本在这次战争中伤亡两万多名士兵，战死15000，在中国军队最后一次反击中日本损失竟然达到八千多，，其中除几百伤员之外，其余全部死亡。
中国方面据不完全统计，中国第十九路军与第五军的官兵牺牲4270余人，负伤约9830余人。3月7日，上海社会局公布，自上海战事以来，上海房屋、商店、工厂、住房四项损失在14万万元以上;11日，又公布，至当月6日止，上海居民受害者16万户，死6080人，伤2000人，失踪104万人。20日，上海市教育局公布，因为上海战事各学校所受损失:受害学校共228所，财产损失达1000多万元。
上海战事就如此结束了，除了第五军和十九路军，还有老蒋，其他所有人都没想到，包括王九龄。原本王九龄认为自己的计划成功，将会大大延迟战事进程，3月3日战事不会结束，所以他带着从饭岛哪里缴获的佐官刀，跑开了两辆大车，准备那刀去哪里换些武器弹药来支援前线，也就没有问张治中计划成功后的后续计划，张治中虽然比较看好王九龄，但并不意味着什么事都要告诉他。
而日军两个没想到，一个是白天大的那么惨烈，才夺回来的阵地，居然是敌人的圈套，居然一下子被干掉八千多，二是没想到中国军队打了如此大胜仗，居然就撤退了，实在是匪夷所思。
而欧美国家跟日本人的想法是一样的，不过很多人对中国军队高看一眼，在武器装备远远处于劣势，人数几乎是敌人的一半，哈市久战疲劳之师，居然能击毙的敌人事己方被击毙的三倍，各国大为吃惊，从新对中日双方的国力、战力进行评估。尤其是德国，觉得这个盟友是可以信赖的，在后来更加大了对中国全方位的援助。这点倒是因祸得福了，国民政府也没想到。