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为缓解第11师团在罗店镇的被围困，9月2日，日军命令天谷支队向罗店推进。9月4日，日本政府又给上海派遣军追加侵华军费25亿日元。9月5日，松井石根被任命为上海陆军最高指挥官。同日，长江口和黄浦江日舰共达130多艘。日本军部准备大规模总攻。
中**队苦战旬余，伤亡奇重。最高统帅部决定放弃第一防线，全线退至北站、江湾、庙行、罗店以南、施相公庙、浏河一线防守。争夺罗店的外围战斗，依然惊心动魄。中**队用“一寸山河一寸血”来形容这片土地上的激烈搏杀；日本军队则称罗店为“血肉磨坊”。
9月6日，陈诚两次接到蒋介石电话和电文：“罗店关系重要，必须限期攻下。要求将士有进无退，有我无敌，不成功便成仁……”陈诚颁布了进攻罗店日军的部署。
当夜，罗卓英在嘉定指挥部发布了攻击命令：第11师、第14师、第67师与第98师配合顽强进攻，扫清外围后，第14师在罗店东北攻击，进至王家宅、陆家村、潘宅附近；第11师和第67师攻至罗店南的方芯市；第51师和第58师1旅进展到长桥、六维、潘家桥一线。敌我血战整夜，罗店东北，敌我均死伤四五百人，泾河被尸体填满，河水变为赤色！
凌晨，正待围歼罗店日军之际，突闻宝山失守，吴淞与月浦、狮子林之线交通被敌打通，第98师侧背受敌。罗卓英即令停止围攻，坚守阵地。日军不断增援，与守军形成对峙。
9月13日，中**队退出罗店，阵线移到郊区。9月14日，松井石根命令第3、第11、第101师团，进攻南翔至大场之线；重藤支队协同近卫师团，攻击罗店以南、以西阵地。
14日晚，日军夺取了罗店东面椒里桥，在机炮战车掩护下向第14师阵地顾家角、吴家桥、谢宅猛攻。战至深夜，守军伤亡惨重，阵地陷于敌手。第51师在罗店北面与日军血战，15日晨，左翼又遭增援日军袭击，守军顽强反击，双方死伤累累。
第14师42旅坚守的南塘口阵地，离月浦仅15里。第98师从月浦溃退后，日军向南塘口猛攻。14日，日机和大炮对南塘口轰炸后，大批日军在坦克掩护下蜂拥冲锋。守军打退一次，日军再次轰炸，再次冲锋。每当阵地动摇时，师参谋长郭汝瑰就亲自上阵督战。他率领两个团与日军交锋，击退多次进攻，阵地得而复失，失而复得。三次逆袭，第83团伤亡殆尽。他即令第84团反冲锋。第1营营长宋一中反冲上去，立即被日军打退。
郭汝瑰大喝一声：“绑起来，枪毙！”宋一中苦苦哀求戴罪冲锋，郭汝瑰令士兵给他松绑。宋一中想：丧失阵地是死，冲锋陷阵也是死，不如为国捐躯。他抖擞精神，带领全营再次冲锋，把阵地夺了回来。这次反冲锋，全营伤亡四五十人，宋一中不仅没有死，连轻伤也没有。
9月21日8时，20多架日机向罗店东南尤梅宅守军阵地轰炸，步炮兵协同，合力攻击，很快被敌占领。上千名日军又攻击苏村、张家宅、金村之线。第51师和第58师的蒋宅、吴宅阵地一片腥风血雨。当日晨，飞机大炮对第90师177旅353团阵地猛轰后，日军步兵向金村至周家宅一线猛攻。敌我反复冲击，战斗异常激烈。肉搏十多次，守军工事全毁。战至中午，守军伤亡殆尽。日军重炮向守军全线猛轰后，坦克掩护步兵冲锋。守军拼杀肉搏，阵地几易敌手。营长刘则名饮弹阵亡，团副陈近增率部增援金村，中弹殉国。
战至下午4时，敌我胜负难分。师长欧震派步炮团3营和354团团长罗醒尘，率师预备队策应左翼阵地。战至黄昏，守军伤亡殆尽，连排长以下全部伤亡！日军乘机以更猛烈炮火全线轰击，预备队被炮火所阻，阵地被日军突破，守军残部含恨撤退。
第90师右翼第175旅，战至中午失去阵地。虽经增援部队协同反击，将阵地夺回，敌我处于拉锯战。下午2时，战况更为惨烈。第349团团长薛广奉命率第3营赶来助战，打退日军四次进攻，坚守尤梅宅阵地。但2营营长、营副先后负伤，连排长全部伤亡，士兵各自为战。危急关头，3营长黄惠群率部增援，与敌激战中牺牲，反攻受挫。这时团长薛广亲自督阵，官兵冒着弹雨奋勇拼杀，日军渐渐不支。但日军增援部队又到，他们嚎叫着冲锋厮杀，轻重武器猛烈扫射，炮火中铁血相拼，守军伤亡惨重，只得撤退。
这一天，第90师全线激战，罗店南线阵地一片焦土，工事夷为平地，伤亡达70%之众。师长欧震下令夜袭。天刚黑，第349团即与敌展开肉搏，9时收复阵地。溃退日军联合增援之敌向守军反扑。第175旅伤亡殆尽，只得收集残部，凭河与敌对峙。