从湖南赶来的由湘军组成的第十集团由刘建绪担任司令官，下辖第预备第十一师、第四十五师、第一二八师、第五十二师，暂编十一、十二旅、独立三十七旅，也赶到上海附近，这支部队官兵求战欲望很强，但装备较差，战斗力较低，蒋介石将其安排在浙东，负责守卫杭州萧山宁波。
除了这些部队，更远的地方大批部队在往淞沪地区赶，由桂军组成的二十一集团，由川军组成的二十二集团军，由粤军组成的十九集团军，分别抵达南昌、长沙、武汉，由滇军组成的第五十八军，在卢汉的率领艰难的走在贵州的崇山峻岭中，在他后面的是杜聿明统帅的六十军。更北边一点，重庆朝天门码头，第三集团军（新一集团军番号改为第三集团军）的第一批出川部队在重庆市民锣鼓喧天的夹道中登上江边的船；再北边一点，邓锡侯统帅的二十三集团军正翻越秦岭进入关中，他们的任务是去山西战场，协助阎锡山防御山西。
二十一日，得到日本政府拒绝三国提议后，蒋介石下令恢复进攻，早就等得不耐烦的第九集团将士立刻向上海日军占领区发起进攻。
重炮兵旅的加入使得中国军队的火力具备了摧毁日军坚固据点的能力，十二门150榴弹炮和十二门105榴弹炮同时开火，刹那间，地动山摇，日军阵地山崩地裂，坚固的大楼被打得千疮百孔，除了重炮旅外，四个炮兵团和师属炮兵，亦同时开炮，几百门大炮猛烈轰击，日军从未受到过这样猛烈的炮火。
日军指挥官急忙呼叫舰队炮火压制和空中支援，对于日军舰队，中国军队没有多少办法，但天上却是中国空军的天下，连续取得两次空战的胜利后，空军司令周至柔（代理）将全国所有飞机的三分之二集中到淞沪战场，配以周围十六个雷达站，全面监控淞沪地区的天空。
从马鞍群岛起飞的轰炸机和从九州起飞的木更津航空队十六架重型轰炸机和从台湾起飞的鹿岛重型十八架重型轰炸机，在航空母舰和马鞍群岛起飞的战斗机刚起飞就被雷达捕捉到了，六十架P40和二十四架BF109、三十八架霍克III升空拦截。
有雷达指引的中国空军在战斗之初即占据上风，日本飞机往往是在受到袭击之后才发现中国空军。高志航命令两个P40中队和霍克III分队缠住护航的日军战斗机，他率领一个P40中队和BF109中队攻击轰炸机。
这场空战掀开了淞沪地区中日空军的大决战，双方两百多架飞机纠缠在一起，从高空打到低空，有从低空打到高空，不时有冒着黑烟的飞机坠落。
李桂丹的BF109盯着一架九六式重轰炸机，他刚干掉一架95式，掉头就发现一架庞然大物，扛着机翼上的红色斑点在阳光下很是刺眼，李桂丹从它侧翼绕到它的左前方，然后从高空俯冲下来，机关炮喷射出一串火球，火球迅速与九六机头亲吻；李桂丹一拉操纵杆，BF109从冒烟的九六上方掠过，不久就听到一声爆炸，九六当空解体。
激烈的空战吸引了上海租界的市民，他们在房顶上，大街上观看满天的飞机，时而欢呼，时而惋惜，一架霍克III带着浓烟，“跳伞！跳伞！”市民们齐声高叫，这几天的空战也为上海市民普及了一下飞行，懂得飞行员逃生的方式，可霍克III始终没有废除那个小白点，而是带着浓烟直愣愣的扑向虹口那面太阳旗，猛烈的爆炸后，太阳旗消失了，留下无数长泪。
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