上海。由于中国攻击部队伤亡太大，蒋介石下令暂停攻击。第九集团军司令张治中请来了德国顾问团团长法肯豪斯将军请教进攻办法。法肯豪斯建议中国军队除正面进攻外，还需派小股部队穿插到日军堡垒后面进行攻击。张治中采纳建议并组建了500人的突击队，实施这个被称之为“铁拳计划”的进攻。8月15、16两天中国军队地面无军事行动，只有空战不时开打。8月17日凌晨4点，突击队向日海军陆战队司令部和公大纱厂核心阵地推进，突破了两地的外围防线向纵深挺进。88师、87师随后跟进发起总攻。日军凭借高磊严防死守，中国军队的第二次攻击仍未能取得更大的进展。黄浦江上中国海军鱼雷艇则偷袭成功，炸毁了日海军驳船。
18日，南京。处于国难关头的蒋介石终于原则同意了中共的条件。持续了半年之久的国共第二次合作终于掀开了沉重的帷幕。
上海。日军从旅顺口赶来的2000多人的佐世保特别海军陆战队抵达上海参加战斗（本欲用于对青岛作战）。同日，日海军25艘驱逐舰、5艘巡洋舰和2艘航母驶至上海周边水域。中国的另一支德械样板师宋希濂的36师从西安赶至上海加入攻击部队。张治中重新调整部署，地面由87师进攻杨树浦、36师攻打汇山码头。守备日军因援军陆续将至而士气大振。不但死守且派出坦克助阵实施反击。进攻华德街十字街口的300多名中国士兵全部阵亡，中方进攻部队只得撤出进攻战场。空中，中国空军第14、第15大队并肩作战，击落日军战机60余架，并炸沉日海军巡洋舰一艘。
8月19日开始，中国空军开始全力阻击日机轰炸南京，击落日机数架并确保首都暂时不再被空袭。当天，空军第二大队沈崇海和陈锡纯驾机轰炸停泊在长江口的日舰，因机械故障舍身驾机撞向日舰与其共沉大海。
日军共有航空兵中队91个，飞机2625架，此时用于淞沪战场的陆军航空兵28个中队，约240架飞机；海军航空兵飞机220架。且由于日军飞机可以批量生产，即便有损耗也可随时补充。除了飞机数量上的差距，日本还拥有更多的优秀飞行员。两项相比，日军占据压倒性优势。20日，日军对中国海军进行报复性轰炸，轰炸了中国海军驻沪各机构。