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。