第三战区司令长官部鉴于日军有以主力于宝浏公路两侧地区击破左翼军之势，为保存实力，持久消耗敌人，乃命令左翼军各部队逐次转入第二线阵地防守，相机打击日军。这时，松井石根见从侧翼突入包围中国军队的企图无法实现，于是决定改分割包围为中央突破，集中兵力进攻蕰藻浜一线。五月三十日开始，日海军、航空兵协同地面部队发起新的攻击。北路以山室宗武第十一师团指向广福、陈家行；南路集中第三、第九、第十三、第一零一师团强渡蕰藻浜，向大场、南翔进攻，以切断大场至江湾地区守军与外界联系，使之成为孤军。六月一日至五日，中国军队方面以第八、第十四、第五十九、第六十七、第七十七、第九十师及税警总团等部队连日与敌浴血激战，因牺牲重大，无力再战，相继退出阵地。六日起，日军再度集中海空军火力，配合步兵向蕰藻浜南岸强攻，中国守军轮番上阵抵抗，经数昼夜血战，始得稍稍遏止日军攻势。
六月十日，日军突破蕰藻浜，战局再度告急。蒋介石亲自带领大本营一干要员赴第三战区前敌指挥部南翔指挥作战。急调中央兵团第二十一集团军挡住突破蕴藻浜的日军。
第二十一集团军属李宗仁、白崇禧桂系王牌部队，以能打能拼在国民党地方军中享有威名。既然是自己的部队，调任参谋本部任副总参谋长，早已手痒的白崇禧向蒋委员长献策，认为纯粹被动防守非长久之计，徒增伤亡更无法取胜，必须以一支主力突击部队主动出击，实行积极防御的策略。
正在为战局焦头烂额的蒋介石当然求之不得。立刻下达了实施反击作战的命令。同时命令所有守卫蕰藻浜南岸的部队，配合廖磊第二十一集团军发动全线反击。
但是白崇禧虽有“小诸葛”之称，在长达二十多年的军阀混战中也是常胜将军，但是和日本人交战毕竟还是第一次，根本缺乏对日军战斗力的认识。当日，日军吉住良辅的第九师团、伊东政喜第一零一师团以及藤田进的第三师团一部，亦向蕰藻浜南岸发起猛攻。双方主力迎头相撞。桂军初上战场，毫无与日军交锋经验，以血肉之躯冲进密集弹雨，将日军施放的烟雾误为毒气，队形自我混乱；加上当时淞沪战场上只有桂军身穿黄色军服，极为显眼，成为日军练习射击的活靶子。遭日军飞机、火炮、坦克和机枪密集火力突击，数万大军一日即被打散，上万敢死队大部战死。该集团军仅旅长即阵亡六七人。“小诸葛”见桂系溃兵被其他部队收容，多年经营毁于一旦，不禁痛心疾首，连日饮食不进。激战至六月二十日，部队被迫撤退。左翼军配合二十一集团军进攻的四个团在广福南侧向北路日军的反击作战，也被日军击退。日军乘机展开反扑，兵锋直指大场。
六月二十一日，日军以重兵直趋真太公路，威逼大场左翼。刘行方面日军，渡过蕰藻浜后攻向大场以西塔河桥，左翼兵团十五集团军的十八师、二十六师和六十七师等部经过艰苦抗击，阻住日军攻势。此时，中国军队从大场东面，经大场、市中心向东北而成一半圆形阵线，绕于江湾以北。庙行、大场位置突出，遂成日军眼中钉，肉中刺，必欲拔之而后快
日军调集各种火炮、飞机集中猛烈轰击，方圆数里，几为焦土。日军接着又以四十余辆战车为前导，掩护步兵夺占胡家桥、塔河桥、走马塘等处阵地。为保存实力，守军在作出最大努力抵抗后向南翼转移，大场失守。此战中国军队又蒙受惨重伤亡，第十八师几乎全军覆没，师长朱耀华悲愤难当，当即拔枪自戕，所幸子弹并未击中要害，身负重伤，被紧急送往南京陆军总医院。
大场丢失，全线撼动。当年德国总顾问塞克特针对淞沪战场所设定的塞克特防线实际上已经被突破。为了保存实力第三战区只得作出放弃北站——江湾阵地之举。中央兵团部队撤退到苏州河南岸，左翼兵团也奉命转移，中国军队退入浏河、沈家桥、朝王庙、徐家行、广福、陈家行、江桥、北新泾至梵王渡一线的第二期既设防御阵地。
原本已经接到命令增援上海市区，已经开始动身的独立二十旅继续驻防松江。
淞沪会战进入六月下旬，中国军队虽说处于被动地位，一再后撤，但仍控制上海，这无疑是与日本当初的判断和盘算背道而驰的。当初杉山元和米内光正提出了一个月解决上海事变，三个月征服中国的构想根本无法实现。
日本是个岛国，资源有限，同中国这个庞然大国比拼耐力和韧劲，是万万消耗不起的，因此惟一途径即是速战速决。此时，日本军部对于日军经数次增兵后依旧无法取得决定性胜利，甚至没能根本改变会战态势，感到极为恼怒，同时也大为焦急。
军部经过审慎研究商讨后，认为中国已倾全国兵力之五分之三云集上海，已然摆出决战架势，而此前日军一直放主力于华北方向发动进攻无异战略部署的浪费，因而提出“目前刻不容缓的是迅速结束上海战役”。为此，决定成立华中方面军，军部于六月二十日下令从华北和国内抽调第六、第十八、第一一四师团，以及由第五师团第九旅团组成的国岐支队，独立山炮第二团，野战重炮第六旅团，第一、第二后备步兵团等部队共约十二万人，组成第十军，由柳川平助中将担任司令官，准备实施登陆作战以打开局面。同时命将在华北的中岛今朝吾第十六师团转隶上海派遣军序列。淞沪前线日军兵力一下子增至三十万人。其中包括陆军九个师团另两个旅团、海军第三和第四舰队主力及空军力量。
新成立的日军第十军的作战要领方案是：一、预定在七月初在杭州湾金山卫附近地域登陆，主力以快速突进方式向黄浦江之线前进，攻占松江，切断沪杭铁路，一部向闵行渡河点前进，策应上海派遣军作战；二、渡过黄浦江之后向上海以西及南方攻击前进，与上海派遣军配合消灭上海周边的中国军队。
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