這個(gè)計(jì)劃立刻得到了參謀長(zhǎng)白崇禧的支持，并且決定由剛剛抵達(dá)的桂軍擔(dān)任這場(chǎng)反擊的主角。白崇禧對(duì)桂軍的戰(zhàn)斗力非常自信，還決定親臨前線指揮。此時(shí)，恰逢國(guó)際聯(lián)盟即將召開會(huì)議，蔣介石也有意打一場(chǎng)漂亮的反擊戰(zhàn)，以彰顯中國(guó)軍隊(duì)抗戰(zhàn)的決心，從而爭(zhēng)取更多援助，因此他對(duì)此次反擊也給予了大力支持。

10月18日夜晚，中國(guó)軍隊(duì)下達(dá)反擊作戰(zhàn)命令，要求中央集團(tuán)軍8個(gè)團(tuán)組成攻擊軍，從左翼發(fā)起反擊；其他正面各師則編成4個(gè)突擊隊(duì)，重點(diǎn)打擊敵方陣地要點(diǎn)，在策應(yīng)左翼部隊(duì)的同時(shí)，鞏固陣地防線。此外，炮兵部隊(duì)集結(jié)火力，隨時(shí)支援左翼部隊(duì)，各部必須在21日天亮前做好全部準(zhǔn)備。

擔(dān)任此戰(zhàn)主攻任務(wù)的主力部隊(duì)，正是李宗仁和白崇禧麾下的桂軍。桂軍堪稱當(dāng)時(shí)中國(guó)地方部隊(duì)中戰(zhàn)斗力最強(qiáng)的一支。當(dāng)時(shí)廣西受過(guò)訓(xùn)練的壯丁多達(dá)百萬(wàn)，且每年都會(huì)從德國(guó)訂購(gòu)新式步槍一萬(wàn)支及先進(jìn)自動(dòng)步槍。廣西人性情剽悍，桂軍更以死戰(zhàn)聞名，尤其擅長(zhǎng)山地作戰(zhàn)。只可惜上海地區(qū)河網(wǎng)密布、稻田成片，別說(shuō)山了，連丘陵都難尋。

10月21日，中國(guó)軍隊(duì)的反擊戰(zhàn)正式打響。第21集團(tuán)軍總司令廖磊對(duì)廣西籍戰(zhàn)士們說(shuō)：“你們生在這個(gè)陣地，死也要死在這個(gè)陣地！誰(shuí)敢擅自脫離陣地，無(wú)論官兵，一律提頭來(lái)見！”在猛烈的炮火準(zhǔn)備后，第21集團(tuán)軍第48軍向程家航、頓悟寺、桃源浜一線的日本第十三、第九師團(tuán)發(fā)起猛攻。

然而，戰(zhàn)斗剛一打響，桂軍便遭到日軍猛烈炮火攔截。第48軍攜帶的火炮本就稀少，若要用一句話形容當(dāng)時(shí)的對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)景，便是“一寸山河一寸血，十萬(wàn)青年十萬(wàn)軍”。在這場(chǎng)中國(guó)抗戰(zhàn)史上規(guī)模最大、最慘烈的戰(zhàn)事中，中國(guó)軍隊(duì)雖拼死防守，仍不斷丟失陣地、遭受重創(chuàng)，戰(zhàn)機(jī)屢次錯(cuò)失，甚至出現(xiàn)了個(gè)別部隊(duì)抗命的情況。

對(duì)日本侵略者而言，中國(guó)軍隊(duì)上下一心、拼死抵抗、毫無(wú)退縮之意。日軍憑借精良的戰(zhàn)車，對(duì)桂軍的戰(zhàn)斗表現(xiàn)極為不滿。桂軍第七軍軍長(zhǎng)對(duì)部隊(duì)的戰(zhàn)斗狀態(tài)尤為惱火，他說(shuō)：“我們第七軍在國(guó)內(nèi)素有‘鋼軍’之稱，可不到兩天，陣地就成這副模樣！今晚若不奪回二營(yíng)陣地，從營(yíng)長(zhǎng)到士兵，全部按軍法處置！”

當(dāng)時(shí)，桂軍某部12名連長(zhǎng)傷亡9人，僅存幾個(gè)營(yíng)的士兵不足160人。但就是這160多名戰(zhàn)士，依然毅然決然地沖向敵陣。第21集團(tuán)軍各部因兵力不足、火力支援匱乏，進(jìn)攻嚴(yán)重受阻，連預(yù)想中的攻擊線都未能抵達(dá)。

次日凌晨，桂軍陷入頹勢(shì)，日軍趁機(jī)發(fā)起反攻，桂軍各部在日軍猛攻下開始向后敗退。為挽回?cái)【?，指揮部緊急調(diào)集預(yù)備隊(duì)趕赴前線填補(bǔ)缺口，但戰(zhàn)線仍在持續(xù)后移。24日，中國(guó)軍隊(duì)退至大場(chǎng)一線，隨后日軍再次發(fā)動(dòng)猛攻。大場(chǎng)外圍的湘軍第十八師和西北軍第三十三師，甚至連簡(jiǎn)易防御工事都未及構(gòu)筑，日軍便已沖了上來(lái)。

西北軍第三十三師不戰(zhàn)而逃，致使第十八師瞬間陷入重圍，最終因援軍不至，大場(chǎng)失守。第十八師師長(zhǎng)朱耀華羞憤自殺。大場(chǎng)失守后，整個(gè)上海戰(zhàn)局急轉(zhuǎn)直下，中國(guó)軍隊(duì)腹背受敵。為避免被敵軍合圍殲滅，第三戰(zhàn)區(qū)最終決定放棄現(xiàn)有陣地，全面向蘇州河南岸轉(zhuǎn)移。

大場(chǎng)失守當(dāng)日，戰(zhàn)區(qū)副司令顧祝同致電第88師師長(zhǎng)孫元良，命其率部留守，死守上海市區(qū)。至于為何要留下一支孤軍于日軍重重包圍之中，從軍事角度看實(shí)在難以理解，唯一合理的解釋或許只是出于政治考量。正如前面所述，蔣介石意圖通過(guò)這支孤軍向全世界、向英美表明：中國(guó)軍隊(duì)即便身陷絕境，仍堅(jiān)守上海市區(qū)，以此博取同情與支持。所幸，在第88師師長(zhǎng)孫元良的堅(jiān)決反對(duì)下，最終留在上海市區(qū)的僅有一個(gè)營(yíng)，這就是后來(lái)我們熟知的四行倉(cāng)庫(kù)“八百壯士”。