日军停战后，竭力增兵。日本海军省立即命令佐世保第二十六队驱逐舰4艘，由巡洋舰“龙田号”统率，于1月30日抵达上海并于黄浦码头登陆，随舰而来的包括佐世保第三特别陆战队士兵474人及大批军火。
1月31日晨，日本航空母舰“加贺号”（26000吨）和“凤翔号”（7470吨）搭载第一航空队约30架飞机抵达上海，停泊于上海以东约130公里的马鞍列岛海面；下午4时，巡洋舰“那珂号”（5195吨）、“由良号”（5100吨）和“阿武隈号”（5100吨）3艘及水雷舰4艘抵沪，并载陆战队2000多人，分批登陆。
2月1日，日本邮轮“照国丸”载来横须贺第一特别陆战队(525人)于上海汇山码头登陆。
2月2日，日本海军中央部将长江一带第一遣外舰队之外的舰船，以“出云号”为旗舰（“出云号”2月6日抵达上海），由海军中将野村吉三郎为司令官，组成第三舰队，统一指挥投入战斗。
日军兵力增加后，于2月3日开始，再度向闸北、八字桥等地的第三军第7师猛攻，仍被击退。
2月4日，日军发动第一次总攻，战火扩大到江湾、吴淞一线。激战竟日，吴淞露天炮台，虽被敌狂轰滥炸摧毁，但在第三军第7师的抵抗下，日军始终不能登陆。
而在空战方面，马德尚仅仅只触动了一百架飞机，一次性将日军四十多架飞机击落，获得制空权，开始对日军进行大规模的轰炸，包括炸毁一艘军舰。
此次总攻被粉碎后，盐泽幸一被撤职调回本国。
进攻受到重创的日军，并没有想要放弃，于是由新组建的第三舰队司令官野村吉三郎中将接替盐泽职务。
野村到职后，日军开始增援陆军。
早在上海局势紧张时，日本就曾打算派遣陆军，但是为海军所拒绝。可随着战事不利，海军不得不向陆军求援。
2月2日，日本内阁便决定正式派遣陆军。由于上海战况告急，决定派出上海派遣混成旅团(旅团长下元熊弥少将)与第九师团(师团长植田谦吉中将)，并先行运送上海派遣混成第24旅团。
同时，日本海军也增派横须贺第2特别陆战队赴援上海。
混成第24旅团于7日午后在吴淞登陆。
至此，日本海陆空军已增至万人以上。
2月8日拂晓，日军混成第24旅分3路向张华浜、蕴藻浜、吴淞镇进攻，均被第三军击退。
2月8日，日军在吴淞遭受重创的消息传到东京后，根据日本天皇批准的敕令，日军参谋总长载仁急令陆军第九师团（师团长植田谦吉）火速增援上海。
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