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在獨立二十旅休整練兵的同時，淞滬戰局也在發生著鉅變。隨著第三、第十一師團的增援，霓虹軍海軍組建新編第四艦隊和原第三艦隊組成聯合艦隊，由長島川清統一指揮，下轄艦艇三十餘艘，其中三艘是航母。
同時，由陸航210架戰機、海航180架戰機組成特設航空隊，搶佔淞滬戰場的制空權。
缺乏現代軍艦，噸位又落後霓虹軍幾十倍的華國海軍在長江口的海戰中迅速被霓虹軍擊敗，幾乎全軍覆沒，至此霓虹軍海軍軍艦從長江口長驅直入，直接威脅江陰要塞，同時利用其大口徑的艦炮有利地支援了射程範圍內的陸軍作戰。
同樣，年輕的華國空軍在會戰初期一度佔有優勢後不久，很快被數量龐大，效能優異的霓虹軍航空隊擊敗。淞滬戰場的制空權完全被霓虹軍控制，除了連番轟炸淞滬戰場，霓虹軍飛機甚至突襲了杭州南京等華國空軍重要機場，幾次轟炸華國首都南京。
四月二十五日，霓虹軍連續以軍艦、飛機、坦克支援，第十一師團向重新被華國家隊奪回的月浦和寶山發動猛烈進攻，從江灣撤下來駐守這兩個地方的第九十八師夏楚中部由於傷亡慘重不得不撤退。次日，負責墊後堅守寶山的五八三團三營姚子青部死戰不退，最終全軍覆沒，寶山淪陷。
十一師團在佔領寶山後，以第十旅團沿寶羅公路向西攻擊，吳淞方面第三師團也越過泗塘河西攻，一零一師團成功地和被華國軍隊包圍的在江灣鎮和楊樹浦的霓虹軍海軍特設第一陸戰隊會合。第九集團軍和十五集團軍一部頓時面臨腹背受敵的威脅。
由於華國方面因無力佔據海、空控制權，在進攻敵據點、抗擊敵登陸和逐地爭奪戰中損失慘重，部隊疲憊至極。五月一日第三戰區釋出的第二期作戰計劃：戰區以持久抗戰之目的，限制登陸之敵發展，力求各個擊破之效。各個擊破不能達成時，則依次後退於敵艦射程外之既得陸地，施行頑強抵抗，待後方部隊到達，再行決戰而取最後勝利。已做好攻堅不利轉而實施防禦作戰的準備。至此，淞滬戰場上華國家隊被迫正式轉為防禦。
五月三日，霓虹軍第三師團沿軍工路、淞滬公路；第十一師團則在月浦、羅店之線向華國家隊發動強大攻勢。五月五日，第十五集團軍右翼陣地被突破，部隊減員嚴重，遂漸次退至羅店以南施相公廟、瀏河之線預築陣地。第九集團軍亦轉移到北站、江灣、廟行、薀藻浜右岸之線預築陣地，與霓虹軍形成對峙。
霓虹軍逐漸掌握淞滬戰場的主動權，日本最高層要求加快上海戰役程序，“大致以五月中旬為期，務必對華國家隊給予重大打擊，造成使敵人屈服之形勢。”
但是淞滬會戰打了一個多月，戰事久拖不決大出霓虹軍意料。霓虹軍雖然憑藉裝備和武器優勢，將華國軍隊的進攻一一擋回，但是華國軍隊前仆後繼、悍不畏死的英勇頑強抗戰，也給向以戰無不勝自詡的“皇軍”重大殺傷，霓虹軍進展卻並無多少。
為了儘快結束上海戰事，不使陸軍大臣杉山元和海軍大臣米內光正聯合提出的“三個月解決華國事變”成為一句空話和笑柄，日本軍部不得已再次作出增兵的決定。將在華北和華國軍隊對峙的第九、第十三師團轉隸上海派遣軍序列，此外，還從臺灣調來了步兵旅團和重藤支隊。這樣，加上原有的幾個師團，霓虹軍到五月中旬在上海的兵力，光步兵就達到了當初松井石根要求的5個師團算上空軍和海軍的兵力，霓虹軍在滬總兵力達到20萬人。
面對霓虹軍調兵遣將，國民政府也決定迅速增派各省及中央軍部隊至淞滬參戰。為打贏這場硬仗，長官不惜血本，把當時的國軍精銳幾乎全部派到了淞滬前線。集團軍中，除了原有的第八、第九、第十五集團軍外，又增加了薛嶽的第十九集團軍、劉建緒的第十集團軍和廖磊的第二十一集團軍。
同時對前線部隊部署也做了調整，以應對作戰需要：第十五、第十九集團軍編為左翼兵團，陳誠為總司令，下轄三個軍團、江防軍總司令部及總預備隊，共約十六個師、兩個要塞司令部、四個獨立團、一個江蘇保安隊；作戰地域為薀藻浜以北的萬橋、羅店、廣福地區。
第九集團軍和第二十一集團軍為中央兵團，朱紹良為總司令，下轄十個軍二十八個師、一個獨立旅、一個炮兵旅、一個上海警備司令部和一個上海保安總隊；作戰地域為北站、江灣、廟行一線及其以西地區。
第八、第十集團軍為右翼兵團，張發奎為總司令，下轄十個師、三個獨立旅、三個新編旅、一箇中央軍校教導總隊和一個岸防部隊；作戰地域為蘇州河
