中日“813淞滬大會戰”正式開打，這是抗戰兩軍絕對精銳主力的“絞肉之戰”，最先階段是國軍的全面進攻。張治中將軍在14日15時下達總攻命令，以88師向東進攻北火車站、八字橋、持志大學一線之敵；以87師向南進攻新港、金家宅、滬江大學黃浦江西岸一線之敵。
國軍首先以150毫米重炮向日軍各據點猛轟，戴著德式鋼盔的步兵潮水般拼命衝鋒。日軍眾多沒有加固的據點工事被粉碎。國軍當天收復持志大學、五洲公墓、滬江大學、八字橋且深入日租界。週邊還算順利但打進租界，遭遇日軍防禦核心工事，也就是虹口海軍陸戰隊司令部一線難打了。國軍24門德國最先進火炮，竟然打不動日軍堅固工事。海軍司令部之類本就是鋼筋水泥結構的半要塞型工事，戰前關鍵部位加上大量厚鋼板。150毫米榴彈炮的榴彈根本打不穿，如果當時能配備穿甲彈還有可能擊毀，但因為日本人阻撓德國沒賣給中國。
實在不行只能把重炮抵近射擊，問題是山炮還可以重炮國軍炮兵不懂怎麼弄，德國也沒有派技術人員訓練，再說日軍重火力下將數噸重的火炮，移動到第一線抵近射擊是找死。只能靠步兵用人肉填強攻。張治中戰前沒考慮到重炮打不動工事的問題，而且他認為3萬精兵打日軍萬把人有把握，況且其中不少還是非正規部隊。居然將兩個師分散在日租界東西兩邊使用，每個師1萬人打日軍5千。87，88師兵力才一倍的優勢，但日軍何等火力國軍能比得上。應該集中所有兵力先打一邊，3萬人消滅5千日軍後，回過來再打另一邊，現在平均兵力自然陷入苦戰。
日軍核心陣地都在虹口區，背靠黃浦江從匯山碼頭沿著吳淞路，北四川路到江灣路虹口公園附近，終點是日本上海特別海軍陸戰隊司令部。以司令部為核心分為一二線陣地。一線陣地為鋼筋水泥碉堡配合加固的老房子，裡面堆滿輕重機槍，擲彈筒，迫擊炮等武器，還有大量坦克裝甲車遊動支援構成完整火網。
二線陣地配備大口徑迫擊炮，榴彈炮，高射炮等重武器，黃浦江上還有第3艦隊數百門大口徑艦炮，可以靈活機動在黃浦江上移動，隨時運送軍需後勤無憂。另外還有300多架日軍飛機助戰。戰鬥激烈程度遠超過“七七事變”以來所有戰鬥。在重炮和飛機有限的掩護下，王敬久87師，孫元良88師的國軍將士蜂擁出擊殺聲震天，88師官兵全線出擊日軍前線臨時陣地很快被攻佔，剩下部隊做節節抵抗。
上海租界的房子多是歐式建築牆壁堅固，國軍150毫米火炮炸不塌整棟房子，只能靠士兵硬沖逐房清理。日軍以民房依託堅固陣地火力強大，國軍開始拿著步槍踩著屍體硬沖，後來扔掉步槍拿幾個手榴彈沖，最後手榴彈扔了脫光膀子，拿大刀撲上去拼命。日軍裡有不少是非正規軍，日僑義勇隊平時也是武士道掛嘴邊的，看到這種沖上來被機槍打成“肉碎”，還是不停往上沖的場景也嚇壞了。
日軍從民房內猛烈還擊，國軍輕重機槍火力拼命壓制，子彈密集到國軍鋼盔近距離被打穿，日租界街上隨處是被打裂，帶著腦漿血跡的鋼盔。國軍連排為單位四面八方向日軍陣地猛打猛衝，日軍歪把子輕機槍全部打紅了槍管，但國軍進攻士兵就是不怕死，一個班先上去吸引火力全倒在街上。後面一個排再沖又被機槍掃倒。後面再用一個連沿著街角沖，直到沖進去或者全部被打死，然後就再上一個連繼續幹。這樣連續不停衝鋒下，總能有部份沖到日軍固守的民房外，立即朝窗戶裡扔集束手榴彈，接著破門破窗進去拼刺刀槍托，來不及的就用手榴彈砸鋼盔砸，最後拉響手榴彈同歸於盡。雙方激戰數小時都傷亡很大，任是日軍拼老命也支持不住了。
日軍防禦非常頑強加上火力的優勢，戰鬥非常激烈殘酷無比。主攻的德械88師2個旅長當天就殉國了1個。黃梅興旅長腹部被炸開，指揮部的參謀主任鄧洗中校，以及通信排全部犧牲。激戰中88師264旅傷亡1千多人，527團的10個連長第一天就戰死7個，這不過才打了幾個小時而已。這才是真正抗日的“中流砥柱”。日軍也有重大傷亡雙方15日休戰調整一天。張治中此時感覺虹口防禦陣地堅固，暫時打不下來還是回攻楊樹浦一線。16日開始87師88師全線出擊猛攻楊樹浦，整整10個小時國軍衝鋒毫不停歇，上去的國軍戰士被日軍輕重機槍攔在街上，就沖入街邊房屋在房屋間炸缺口，從一棟房屋走到另一棟房屋，步兵工兵少量平射炮部隊配合，連續摧毀了17個日軍據點。
但再次遭遇日軍海軍俱樂部這樣的堅固要塞，四面無遮無掩國軍沖上去多少死多少，但剩下沒死的就是硬頂住不撤，用戰友的遺體壘起來推著往前一寸寸拱。日軍官兵看到這種打法也為之動容， 87師一部甚至攻到日軍海軍俱樂部。日軍指揮官眼見守不住趕忙要求增援，大川將其剩下的全部機動部隊，包括坦克部隊，陸戰隊第8大隊，甚至第1水雷戰隊都組織起來增援。國軍缺少反坦克武器平射炮在轟炸下無法調動只能暫停進攻。
第3艦隊司令長谷川清16日就向軍部要增援，電報中稱：我陸戰隊數日來全體堅守戰線，雖士氣極為旺盛，但以寡敵眾連續奮戰，持續一周實感極為困難。因此一日也不能等待動員。日本軍部剛發電讓他守6天援軍即到，所以沒有做回復。長穀川清急了晚上19點又發電報直接“叫救命”。日本軍方大驚失色，但手頭部隊一下子無法趕到上海。只好8月16日當晚下令，在旅順口待命原準備強行登陸青島的橫須賀鎮守府第1特別陸戰隊、吳鎮守府第1特別陸戰隊共兩個大隊約1400人，以及佐世保海軍陸戰隊兩個大隊約1000人全部暫停作戰計畫道增援上海。其中第一支部隊在18日趕赴上海。此外命令在國內備戰的甲種第3師團和第11師團，立即乘船趕往上海增援。由此“淞滬會戰”的目的達到了，蔣介石拼命想釣的大魚終於上鉤了。
16日晚，蔣介石估計日本援軍可能趕到，令張治中必須短時間消滅日軍。當時98師夏楚中部已經增援上來，36師也快到上海了。17日猛攻日軍全部退守核心陣地，但國軍重炮無力摧毀這些工事，只能人海戰術衝鋒進展不大。問題是18日日軍增援部隊趕到。此時蔣介石對張治中的信心開始動搖了，18日任命陳誠為第三戰區前敵總指揮想把張換掉。19日陳誠帶著德國顧問趕到上海觀察，都認為如果開始集中所有兵力先打一點戰鬥早就結束了。
德國顧問認為87師，88師傷亡較大，日軍增援部隊已到又掌握制海制空權，現在日軍陣地是一字排開，建議國軍主攻匯山碼頭，將日軍陣地從中切斷分別吃掉，主攻部隊用剛到上海的宋希濂36師，陳誠18軍的夏楚中的98師，以及傷亡較少的87師。陳誠特命南京趕來的裝甲團坦克2個連以及平射炮2個連參戰。結果36師以一支500人的敢死隊衝鋒在前，在營長劉宏深少校指揮下，集中全師的火炮和坦克部隊開路。敢死隊血戰一舉沖入匯山碼頭，此戰11輛坦克全部被擊毀人員犧牲，沖在最前面的連長鄭紹俞和郭恒建少校都是黃埔六期生，該連所有官兵全部都壯烈殉國。敢死隊後面2千人後續部隊緊跟其後。在36師衝擊下一部幾百人日軍潰散，逃過外白渡橋進入了英租界被繳械，關押在外灘公園就是現在黃埔公園。這件事後來還英軍拍成照片登報。
但殘餘日軍固守匯山碼頭一座水泥建築，架起幾門速射機關炮頑強抵抗，而建築物外面有一道鐵門阻攔。老上海租界鐵門都是金屬的幾噸重，子彈手榴彈都打不動。敢死隊在團長胡家驥帶領下只能爬上2米多高的鐵門，胡家驥身中5彈也沒能打下來。匯山碼頭旁邊就是黃浦江，日軍艦隊用艦炮打成了一片火海，國軍官兵根本無法站住腳。36師以很大代價苦等98師的增援。但98師由於遭遇日軍阻擊遠離匯山碼頭。最終36師實在無法堅持撤退了下來。此戰一共傷亡了2千多人，僅匯山碼頭就傷亡了500多人日軍也差不多。
36師旅長陳瑞河負重傷，指揮敢死隊的劉宏深營長殉國。雙方激戰到22日夜，日軍固守的據點只剩四分之一，僅剩海軍司令部和俱樂部等幾個孤立的據點。可是日軍增援部隊已經趕到，23日起2個師團兵力在上海頓陸，進攻作戰已經算是結束了。其實匯山碼頭攻堅戰沒能成功，意味著國軍進攻作戰基本停止，下面就是殘酷的防禦作戰了。
客觀說攻堅失敗張治中責任不小，日軍以上萬兵力絕對陸海空火力防禦堅固陣地，不可能輕鬆打下來的確萬分困難。但畢竟張治中奉命準備數年，居然連重炮是否能擊毀日軍核心陣地的把握都沒有。最初將兵力分散兩個師拆開，分別攻擊日軍5千萬多人的陣地，兵力雖是2倍但火力相差太遠。進攻一方至少應集中數倍於敵的優勢兵力，如果上來3萬人先打一部5千敵軍，對另一側敵軍進行牽制勝算更大。更可怕的是22日23日張治中突然前線失蹤，說有情況要向蘇州顧祝同報告，就從南翔返回對手下沒做任何交待，居然誰也找不到他脫離了戰場。據說對蔣介石任命陳誠準備接任不滿發脾氣，結果蔣介石打電話痛駡了他一頓後解除了他的職務。
之後蔣介石雖然很信任張治中，但軍事上也就算了沒讓他帶兵。寧可重用軍閥張發奎也不再用他。張治中1949年宣佈脫離國民黨投共，此人搞政治還算擅長打仗不怎麼樣。
