而日军上海派遣军司令官松井石根，从第十军登陆之后进展缓慢的这一现象也觉察到了情况有些不妙，怀疑中国军队是否对日军在侧后登陆早有准备，但他又被中国从各方向紧急抽调部队驰援金山的一系列情报所迷惑，迟迟判断不清中国军队的真实意图。
和幕僚反复讨论之后，松井石根便电令柳川平助暂停现有方向上的进攻，同时提高戒备严防中国军队的反击，待明天全面空中侦察的结果出来之后再做新的部署。
柳川平助执行了松井石根的命令，但鉴于夜间地形不明，只是下令各部当晚扩大警戒范围，天明之后再行展开防御部署。
然而正是这一夜之差，就使得日军第十军陷入了灭顶之灾。
二十四日凌晨四点一刻至五点五十，中国空军的一百余架轰炸机和战斗机，从江苏、浙江、安徽的多个机场陆续起飞，在领航机的引导下，正好于天亮时分全部到达了既定目标上空，随即对日军在上海的三处机场、杭州湾的日军登陆场、炮兵阵地以及部队集结地等目标展开了铺天盖地的轰炸和扫射。
日军没料到中国空军会抢在自己的战斗机升空前半个小时，用这么大的编队进行如此猛烈的突袭，一下就被打了个措手不及。
仅仅十余分钟，停在地面上的一百多架日军飞机就几乎全部被摧毁，随着弹药库和油库也相继被炸弹命中，几个日军机场全都被剧烈的爆炸和滚滚浓烟所笼罩，到处都是狂奔喊叫的幸存者。
而日军第十军的命运则更惨。其部队登陆之后，一直是沿着大路向前行进，夜间的营地也设在路的旁边，在空中看下去目标十分清晰，结果被中国空军数十架飞机顺着几条大路来回过了两遍之后，至少有两千余人和数十门火炮及大批的弹药就被报销了。而海滩上那些还没来得及向前转运、堆积如山的物资弹药也被飞机投下的燃烧弹给烧成了灰烬，上千匹受惊的战马和驮马转眼之间跑得一干二净。
然而，这仅是个开头。就在日军还没有从轰炸的噩梦中完全清醒过来时，整个淞沪战线上中国军队的近千门各类火炮就同时发出了怒吼。
炮击过后，淞沪战场的中国军队便全线向日军的阵地发起了进攻。
而在沪浙交界的南部战线，集结完毕并做好了一切准备的十二集团军，兵分数路，以近百辆坦克和装甲车为先导展开了迅猛突击，对分布在两个方向上的日军第十军登陆部队进行分片合围。
天上已不见了敌机的踪影，而大部预设战场又处在敌舰炮射程之外，此时正是地面武器胜过日军的十二集团军大展身手的时候了。
上午九点，接敌较近的六十六军，分两翼由南向北突击，成功的将日军第十八师团的一个旅团分割了出去。
半个钟头之后，李一权指挥独立第三师也将日军左路的第六师团切为了两段。
这时，重新加油装弹后再度出击的中国空军又飞临战场上空，按预定计划以大部战斗机为地面提供空中支援，另以全部轰炸机和部分战斗机对杭州湾海面上的日军舰船展开了攻击。
日军舰船一面以高射武器对空还击，一面不断变换航迹来躲避炸弹，但慌乱之中，竟有数艘舰船发生了碰撞，另有十余艘舰船被中国空军投下的炸弹命中，其余军舰见状，便纷纷保护着满载兵员和物资的运输船向外海逃避。
而中国空军也为此付出了两架飞机被击落、三架飞机被击伤的代价。
趁后防日军失去了舰炮火力的掩护，六十五军一个师便沿海岸迅速穿插，一个多小时之后就切断了整个登陆日军的退路。
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