上海是远东最国际化的大都会，是中国的工商、金融等行业的中心，也是外国在华利益高度集中的地方，“九一八”事变以后，上海成了全国抵制日货和各种抗日运动的中心。
日本军方为转移国际上对东北问题的注意力，阴谋在上海挑起事端。1931年11月，关东军高级参谋坂垣征四郎与日本驻上海助理武官田中隆吉秘密策划，阴谋在上海搞出点事来，使“满洲独立”能顺利实现。为此，坂垣付给田中两万元做活动经费。
1932年1月，上海的《民国日报》登载了朝鲜人李泰昌狙击天皇的事件，报道的标题有“不幸只炸副车”等字句，一直在上海寻衅滋事的日本侨民即借机要日本驻沪领事向上海市长吴铁城提出抗议。吴铁城委曲求全，同意取消报道、赔礼道歉、处分有关人员后才勉强平息了事态。1月18日，5名日本日莲宗僧侣敲着鼓，念着佛经走在马玉山路上，在上海三友实业社附近遭到中国流氓袭击，结果造成1名僧侣当场丧命，两名被打成重伤。殴打日本僧侣的中国流氓是由日本女特务川岛芳子雇用的。川岛芳子原名金璧辉，她的父亲是前清的亲王。她喜欢女扮男装出没于中国大陆。她在上海的行动是根据田中隆吉的指令行事。田中隆吉阴谋得逞后，便称袭击日僧的人就藏在三友实业社内。三友实业社是家生产毛巾的工厂，以积极参与反日运动著称，田中指使手下冒雨袭击了三友实业社，放火烧毁了三友实业社的仓库。
随着上海局势的日益紧张，日本舰队和海军陆战队纷纷开往上海，黄浦江上日舰的聚集给日本侨民好战的狂热情绪火上加油，他们在街上到处游行滋事，捣毁中国商店。日本海军陆战队则在城市街道上武装示威，公然向中方挑衅。
当时驻防上海的第十九路军是一支抗日情绪饱满的军队，总指挥为蒋光鼐，军长为蔡廷锴。官兵主要来自广东，有3个师约3万人，曾在北伐革命中屡立战功，是一支久经战阵的劲旅。“九一八”事变后，官兵们一直要求到东北去抗敌。
1月23日，第十九路军营长以上军官在龙华警备司令部召开紧急会议，所有参加会议的人都决心保卫上海，并作了紧急部署，会议决定，日军若向中国驻军进攻即应全力消灭。27日，日本驻上海领事村井仓松就日莲宗僧侣事件向上海市长吴铁城递交了限中方24小时内答复的最后通牒，要求中国赔礼道歉、逮捕惩办反日事件的参与者、立即解散上海的抗日团体、撤出中国军队等。次日下午3点，吴铁城屈辱地答应了日方的全部要求。吴铁城的妥协并未能阻止战争。日本海军本来就眼红日本陆军在中国东北的战绩，企图在上海一举成功。一位日本海军将领宣称：“陆军在满洲大显了身手，这次在南边轮到海军了。上海的陆战队已非昔日的陆战队，有2000人，配有野战炮和装甲车，对付十九路军没问题。”
1月28日深夜，日军海军陆战队兵分五路突然向第十九路军阵地发起进攻。日军出发前，日海军舰队司令盐泽幸一少将狂妄地宣布，日军将在4小时内占领上海。日军首先进犯的是四川北路的天通庵路，在此地驻守的第十九路军翁照垣旅长下令立即还击。战斗首先从四川北路西侧开始，迅速扩大到闸北地区。29日凌晨，从日军航空母舰上起飞的日本飞机对上海市区进行轰炸，北站、商务印书馆等被炸成一片废墟。
战事在第一个星期内集中在闸北地区，直到2月4日，日军发起第一次总攻，战火蔓延到江湾、吴淞一带，但日军的进攻被粉碎，进犯江湾的一个日军联队被消灭。战败了的盐泽被免职调回国内，由日本海军第三舰队司令野村吉三郎中将取代。野村声称日军渡过蕴藻浜之时，即为日军行动终止之时，言辞间十分自信。增援日军于2月11日在蕴藻浜、曹家桥一带发起攻击，上海市民热烈支持第十九路军作战，组织起义勇军、情报队、运输队等，单在第十九路军处登记的义勇军就有50多队，两万多人。上海市民踊跃为军队募捐，1月30日一天就募集到10万元，作战期间共收到700万元。在上海日本工厂、商店、住宅工作的中国人纷纷罢工和离职，以表示对在前线浴血奋战将士的支持。
战事爆发后，宋庆龄、何香凝等往前线慰问抗日的官兵，一天工夫便筹设了10多个伤兵医院。何香凝在前线看到官兵在大雪中只穿单、夹衣时，便立即发起捐制棉衣运动，5天内就赶制3万多套，运送给全体官兵。日军抓住汽车司机胡阿毛，逼迫他帮日军运送军火，当车行驶到黄埔江边时，胡阿毛毅然将车开进黄埔江中，车中的日军与弹药沉没于江水中，胡阿毛献身救国的精神激励了战斗中的抗日军民。由于日军的进攻，上海的社会秩序陷入混乱，为了躲避日军的攻击，众多的市民纷纷在混乱中逃往租界或外地。在南京的国民政府已于1月30日宣布迁都洛阳。当第十九路军将领向军政部长求援时，何应钦以剿共抗日两难兼顾为由，不肯增兵上海。第八十七师第二六一旅旅长宋希濂代表全旅官兵于1月30日到军政部拜见部长何应钦，请求全旅到上海参战。何应钦却不快地说：“十九路军不听命令，叫他们撤离上海他们不撤，反而同日军打起来，破坏中央的整个政策，弄得很难处理。”拒绝了宋希濂的请求。
当天晚上，何应钦在住宅中听到外面的嘈杂声，原来是宋希濂率本部军官30多人请愿求战，一位营长对何应钦坦率进言：“我是部长的学生，也跟部长当过参谋，‘九一八’事变后，大家都骂我们军人无耻，现在日本人打到大门口来了，我们还不起来抵抗，长官竟要我们甘心当亡国奴吗？！”第十九路军在前线孤军奋战，一再向中央请援。各界对中央政府按兵不动的做法十分不满，严加抨击。刚复职的蒋介石见不派兵无法向国人交代，决定派亲信部队第八十八、八十七师编成第五军，于2月18日由军长张治中率领赴上海参战。
“九一八”事变后，廖仲恺夫人何香凝送给时任中央陆军军官学校教育长的张治中一件女装，让他转达黄埔学生，并附了一首诗：枉自称男儿，甘受倭奴气。不战送山河，万世同羞耻。吾侪妇女们，愿往沙场死，将我巾帼裳，换你征衣去。这次，张治中有机会率部在抗日中洗雪耻辱。
野村等日本海军将领没料到第十九路军斗志顽强，而且战斗力强大，屡遭失败后只得请日本陆军出马增援。2月7日后，日军第九师团等在上海及吴淞口登陆，由师团长植田谦吉替代野村指挥上海的战事。他至上海后马上给蔡廷锴送去一份最后通牒，要求第十九路军从前线自动撤退。第十九路军的指挥部不予理睬。第九师团长植田谦吉指挥所部以江湾、庙行为主攻对象。日军先以飞机向中国阵地全线轰炸，然后重炮轰击庙行与江湾，再由坦克掩护步兵袭击张家浜与杨树浦。
这时张治中部第五军已经抵达战场，张治中任左翼军总指挥，蔡廷锴为右翼军总指挥，蒋光鼐为战场最高指挥官。第五军接替第十九路军在江湾、庙行、蕴藻浜至吴淞的防线。第五军与第十九路军密切合作，凭借既设阵地顽强抵抗，使日军死伤惨重而进展缓慢。
东京在进展不大的情况下，2月23日继续派第十一、十四等两个师团成立“上海派遣军”司令部，白川义则大将为司令官，率部准备在位于上海中国军队背后的七丫口登陆。29日，白川义则乘巡洋舰来到长江口，此时日军已近10万人，拥有100多架飞机、3艘航空母舰及大量军舰。3月1日，日军全线发起总攻，在浏河登陆，并迂回到中国军队后方，中国军队被迫放弃庙行、闸北、江湾等阵地。日军在占领上海市区及郊区时烧杀抢掠，毁坏工厂、公众建筑与民居，到处逮捕、滥杀平民和抗日志士。上海守军不仅装备远差于日军，数量也不及日军。前线将领再次向南京政府请求支援，但蒋介石无意扩大战事，不愿将剿共的大量军队调来前线。苦战一个月的第十九路军伤亡8000多人，第五军也死伤5000多人。
“一·二八”事变后，中国军队的顽强抵抗得到世界舆论的赞扬，中外各大报纸争相报道淞沪抗战的战况。列强对上海的战争及本国在华的权益感到担忧。英、美、法等国都向上海增派了军舰与陆战队，对日本在上海的侵略提出警告。日本害怕在国际间陷于孤立，加上中国军队的顽强抵抗，不想在上海扩大事态，接受了英国公使兰普生的斡旋，中、日两国代表在英国旗舰上举行了上海停战谈判。3月3日中、日双方宣布停战。6日，蒋光鼐宣布接受停战的决定，如日军不攻击我军，我军也不攻击日军。上海战事到此结束。
5月5日中日双方签订《淞沪停战协定》，根据条约的规定，中国军队在上海至苏州、昆山地区无驻兵权，同时承认上海为非武装区。“一·二八”淞沪抗日战役至此结束。5月7日国民政府命令第八十八师开驻武汉，第八十七师驻常熟，后调南京。