36师师长宋希濂在新港开设师部，亲自指挥211团攻击沙泾港西岸之敌，215团和216团在战车第1连的配合下沿邓脱路和兆丰路向南猛攻，212团则沿舟山路攻击前进，掩护主攻方向侧翼。当夜24时36师开始主攻，作为前导的战车第1连奋勇冲杀，连破日军数道防线，但是步兵被日军密集火力所阻，未能及时跟进，结果坦克因失去步兵支援被日军击毁！后续步兵虽然失去坦克支援但依旧毫无踌躇猛攻不止。日军盘踞在道路两侧的高楼上，居高临下组成交叉密集火网，并以坦克、装甲车掩护步兵分队实施反扑。212团在舟山路华德路口遭到密集火力拦截，伤亡惨重，106旅长陈瑞河也在战斗中身负重伤。215团的攻击也同样难以前进，第2营营长李增阵亡。部队见正面攻击无法奏效，便迂回侧后的小巷，准备从高楼后面攀窗而上，结果日军坦克突然杀出，以炮火封锁了巷口，再以燃烧弹猛轰，300多官兵葬身火海！216团前赴后继冲过百老汇路，一直攻到汇山码头大门前，但是没有随伴炮火摧毁坚固的码头大铁门，而四周日军弹如雨下，稍有迟误便有大量伤亡，团长胡家骥身先士卒攀爬铁门，官兵相继跟进，但是攻入码头的部队立即遭到日军猛烈侧射火力压制，死伤枕籍，胡家骥左右随从死伤殆尽，胡家骥也身中五弹！眼见无法巩固战果，死伤又重（216团伤亡高达570人），216团只好退回引翔港，日军乘势反击，宋希濂紧急投入师预备队工兵营才稳定战线。
21日就在第36师发动猛攻后，87师也开始攻击，战至午后先后攻占了精版印刷厂和康泰面粉厂，但是对日军在沪东最重要的据点公大纱厂却屡攻不下。
同日，另一支德式部队中央军校教导总队也从南京抵达上海江湾地区。
22日，双方依旧激战不止，但战线呈现胶着状态。
23日3时，36师经过短暂调整以3辆坦克和3个步兵营再次向汇山码头发起攻击，此次步坦协同比昨日大有进步，坦克接连摧毁日军多处阵地，步兵以血肉之躯吸引纵深日军重机枪火力，掩护坦克突入敌阵将其摧毁。战至5时，再次冲入汇山码头，并肃清码头日军。但日军停泊在黄浦江上的军舰立即以舰炮猛轰，接着百老汇路两端日军在飞机支援下从两面反扑，国军坦克全部被毁，冲入码头的官兵死伤累累，一营之众仅数十人生还！被迫退回唐山路，此次突击功败垂成！
但是几天来，国军各部的猛攻，已切断日军两翼，压迫其主力收缩至陆战队司令部和公大纱厂等几个孤立据点。杨树浦日军面对国军勇猛突击，惊恐之下竟纵火为障，百老汇路、公平路等地的大火整整烧了三天三夜！更有三批共约四五百人慌不择路逃至外白渡桥，向守卫租界的英军投降！缴械后被关押在外滩公园。
8月23日，日军后续部队第3师团在川沙登陆，直接威胁到中国军队的侧后安全。因此八一三淞沪会战期间进攻日租界的战斗就此告一段落，从此后日军从守势转为攻势，战役态势也随之逆转。进攻日租界的战斗，中国军队投入以德式师为代表的精锐主力，鏖战整整十日，史称十日围攻。付出了巨大代价，最后却功败垂成，其中原因，除了日军拥有绝对优势的海空火力支援外，我军在作战初期未能集中优势兵力（前五日实际只有第87师和第88师两个师），也是重要因素。可以设想，要是在8月14日就一举投入四个师，结局必然大不一样。此外，德式师在战斗中所采取的闪击战术，比较适用于宽正面大纵深的野战战场，而不是高大坚固建筑物林立的狭窄市区。而且德式师在攻击坚固建筑为依托的市区时，火力薄弱的致命缺陷一展无遗（虽有装备150毫米的重榴弹炮，但是因为市区里缺乏有利的放列阵地只能部署在市郊的大场，因距离较命中精度太差，又没有使用燃烧弹，效果可想而知！），更令人不解的是，德式师居然没有想到使用爆破战术（国共战争期间，解放军攻克坚固设防的城市主要就是依靠爆破战术！），实在令人难以相信！
淞沪会战是中国军事史上在近代励精图治，进行现代化建设以迎头赶上世界潮流的过程中，运用现代化程度最高的德式师精锐部队所进行的第一次三军立体协同作战，德式师在战役中所展现给世人的风采，令战场上的对手日军也赞叹不已，在日军战史上甚至将淞沪会战称为“德国式的战争”。
十日市区围攻也是德式师战史上最为壮怀激烈的篇章，然而其最后功亏一篑实在令人扼腕！
淞沪苦战
8月23日后的淞沪第二阶段作战中，36师、87师、88师虽迭经苦战，伤亡惨重，但是依然坚持战斗在第一线，除以主力继续攻击市区的日军，还不时抽调部队对外围日军进行反击，以巩固防线。
8月24日和25日夜，张治中从第36师和第87师各抽调两个团组成突击集团由第36师师长宋希濂统一指挥，向泗塘河一线日军出击。该两师在市区的四个团则退至租界交界地区固守。出击部队利用夜间连续组织攻击，以血肉之躯与日军舰炮与飞机的猛烈轰击相搏，伤亡甚重却无法歼灭当面之敌，与敌在泗塘河一线形成对峙。（教导总队中非德式装备的第2团于23日下午赶到泗塘河，但是在驰援途中就遭日军猛烈炮火拦截，还没参战就已蒙受了很大损失，实力大损，因此只打了一天全团伤亡就已过半，难以再战而退出战场休整。）
8月27日，在市区的国军部队调整部署，第88师和独立第20旅一部为右翼退守闸北，第36师和独立第20旅另一部居中，退守引翔港与沪江大学以北，第87师和新到达的第61师为左翼，坚守吴淞。
9月6日，日军为保证其在公大纱厂所建立的临时机场安全，以坦克一个小队、炮兵一个中队、步兵一个大队的兵力猛攻公大纱厂以北36师阵地，36师顽强抗击，击毙日军大队长饭田七郎。
9月11日，月浦、杨行相继失守，德式师所坚守的江湾、庙行一线成为整个战线的突出部，态势极为不利，因此命令第9集团军主力撤至蕴藻浜、庙行、江湾、北站一线。
9月21日，张治中调任大本营管理部部长，第9集团军司令由朱绍良担任，87师师长王敬久升任71军军长、88师师长孙元良升任72军军长，36师师长宋希濂升任78军军长，但是这三个军部队均无增加，都只编有一个师。
9月26日又一支德式部队税警总团投入淞沪战场。该团甫到战地便接替第87师在蕴藻浜以南陈家行地区防务。10月2日日军第九师团、第三师团开始强渡蕴藻浜，激战两日之后，日军从侧翼突过蕴藻浜，税警总团阵地陷入三面受敌的险况，但仍抱必死之决心奋战不止。严家桥、曹家宅两地守军死伤殆尽后阵地始为日军所占，税警总团立即在友军配合下进行强力反冲击，乘日军立足未稳重又夺回两地。日军旋以炮火猛轰，继而投入步兵，税警总团与敌苦战不已，多次展开惨烈的白刃肉搏，严家桥的守军第二次全部牺牲后阵地才告易手。10月15日税警总团终因伤亡太重而被调至后方休整。
10月24日至25日，第87师坚守冯宅、庙行、李家楼一线，正是日军主攻焦点所在，87师官兵浴血苦战，顶住了日军连续猛攻。26日黄昏，战线重要支撑点大场失守，致使庙行的87师、闸北的88师和江湾的36师侧后暴露，不得不向苏州河以南撤退。
德式师退到苏州河以南时，因连日激战的巨大损耗，其战斗力已降至最低点，时任炮兵总指挥的邹作华少将就曾回忆到：“在江湾、闸北方面的部队经过三个月的浴血苦战，元气大损，36师、87师和88师都是筋疲力尽，差不多没有战斗力量了。”但是，德式师各部士气依旧高昂，当大场失守的消息传来，闸北的88师官兵无不悲愤敌忾，一接到死守闸北的命令，全师上下均为得到迎击日军效命疆场的机会而欢声雷动！
国军沿苏州河以南仓促建立防线，36师、87师、88师和税警总团等德式部队均在其列。
为掩护全军后撤，88师仍坚守闸北市区阵地，死守不退，给予日军重大杀伤，被日军称作“可恨之师”！目睹闸北之战的英国驻上海部队司令斯摩兰准将感叹到：“从来没有看见过比中国军队最后保卫闸北更壮烈的事了！”——88师自8月13日开战以来，一直就在闸北作战，最初是十日围攻，随着日军在宝山登陆后战役重心北移，88师对当面日军采取守势，形成对峙，直至10月27日撤离，足足坚守了两个半月，未失寸土。
国军全线后撤时蒋介石曾打算让88师留守苏州河北岸，征求88师师长孙元良意见时，孙认为孤军死守毫无价值，最后只决定派一个团留守，实际上孙只命令524团团附谢晋元率该团第1营450余人，号称八百壮士，孤军死守苏州河北的四行仓库，从10月27日至31日夜血战四昼夜，抗击日军数十次攻击，毙敌两百余，最后奉命杀出重围退入公共租界，这一壮举更是大振军威国威，写下淞沪会战中最为激动人心的篇章！
10月30日，日军向苏州河以南发动攻势，以税警总团所在的周家桥地区战斗最为激烈，税警总团接连击退日军七次强渡。但日军最终还是在猛烈炮火的弹幕射击掩护下渡过苏州河，税警总团总团长黄杰亲赴第一线指挥，双方在刘家宅反复争夺，阵地几度易手，每楼每屋都是经过激战。周家桥地区也成为整个淞沪会战中日军死伤最重的战场之一，最终刘家宅和周家桥两村因守军税警总团死伤惨重而失守，时任第4团团长的孙立人也身负重伤，身上共中13块弹片！次日36师赶来增援，与税警总团联手反击，鏖战终日，仍未能夺回刘家宅。
11月3日，日军继续猛攻税警总团阵地，第5团团长丘之纪阵亡，全团官兵死伤过半。第4团随即投入战斗，以凌厉的反突击攻入刘家宅，但只夺回了南侧一半的民宅，日军据北侧民宅顽抗，双方在村内逐屋逐室争夺，战况极其惨烈。战至18时，税警总团终因伤亡太大而由36师接替周家桥一带的防务。
11月5日，日军第10军（下辖第6、第18、第114师团及由第5师团第9旅团编成的国崎支队）在杭州湾登陆，淞沪地区的国军有陷入包围的危险，第三战区随即按照蒋介石的指示下令总撤退。由于命令传达手段落后，撤退命令到达部队时已经错过了最佳时机，各级指挥部已很难掌握部队，撤退命令所规定的逐次掩护根本无法得到落实，形成了各自溃退的混乱局面。
德式师主力凭借平素严格的训练和严明的军纪，尽管部队已经进行四五次补充，原先训练有素的中下级军官和士兵几乎损失大半，所余不及十之二三，但是其部队的军魂依旧，在此大混乱的局面下没有溃散，36师和88师于11月15日建制基本完整地撤至南京，87师于12月上旬从镇江撤回南京。