В период с 11 сентября части националистов при активном участии в руководстве войсками со стороны фон Фалькенхаузена вели бои с японцами, проявляя невиданное мужество и неся при этом огромные потери. Большинство китайских дивизий, особенно элитные формирования Чан Кайши, потеряли более половины личного состава, включая почти 10 тыс. младших офицеров. Чан Кайши, будучи не в состоянии решить, что же делать дальше – продолжать сражение или отойти, – все же послал в бой подкрепления. Таким способом он надеялся привлечь внимание всего мира к неравной борьбе Китая с Японией как раз перед очередным заседанием Лиги Наций.
Всего японцы сосредоточили на Шанхайском фронте почти 200 тыс. человек – больше, чем они дислоцировали на севере Китая. На третьей неделе сентября они смогли прорвать китайскую оборону в нескольких местах, вынудив силы националистов отступить в октябре к реке Юньцзаобинь, представлявшую собой довольно внушительную водную преграду. Отступая, китайцы оставили один батальон защищать помещения промышленных складов, чтобы создать впечатление, будто войска националистов все еще держатся в Шанхае. Этот «один-единственный батальон» стал легендой китайской пропаганды в борьбе против японских захватчиков.
В начале ноября, после ожесточенных боев, японские войска все же смогли, используя маленькие металлические лодки, форсировать в нескольких местах реку Юньцзаобинь и захватить плацдармы на другом берегу. Затем, совершив еще одну высадку, на этот раз на побережье к югу от Шанхая, японцы вынудили войска националистов отступить. Дисциплина и боевой дух, которые в этих тяжелых боях были на высоте, в одночасье рухнули. Солдаты бросали винтовки, а беженцев затаптывали в панике, вызванной налетами японских самолетов. На протяжении трех месяцев боев в районе Шанхая японцы потеряли убитыми более 40 тыс. человек. Потери китайской стороны составили свыше 187 тыс. человек – в четыре с половиной раза больше.
Затем, в неистовом наступлении уже на Нанкин, японские дивизии соревновались друг с другом, кто дойдет до города первым, сжигая все на своем пути. Императорский флот Японии отправил вверх по течению реки Янцзы отряд минных тральщиков и канонерских лодок для обстрела города. Правительство националистов начало покидать Нанкин, отплывая вверх по реке Янцзы в город Ханькоу, который на некоторое время стал столицей Китая. Позднее эту роль возьмет на себя город Чунцин, расположенный в верхнем течении реки Янцзы, в провинции Сычуань.
Чан Кайши никак не мог принять решение – оборонять Нанкин или оставить его без боя. Город оборонять практически было невозможно, но и сдать такой важный для всего народа символ было бы крайне унизительно. Его военачальники также не могли прийти к единому мнению. Они опасались, что оборона города еще больше ожесточит японцев. Японское командование действительно планировало применить горчичный газ и зажигательные бомбы против китайской столицы, в случае если бои достигнут такого же накала, как во время сражения за Шанхай.
Китайцы хорошо знали повадки своего врага, но даже они не могли представить себе той степени жестокости, до которой дошли японцы, овладев городом. 13 декабря китайские войска оставили Нанкин и сразу же неподалеку от города неожиданно попали в окружение. Японские войска вошли в город с приказом расстреливать всех пленных. Одно только подразделение из состава 16-й японской дивизии расстреляло 15 тыс. китайских военнопленных. А одна японская рота перебила 1300 пленных. Немецкий дипломат докладывал в Берлин, что «помимо массовых расстрелов из пулеметов, японцы часто использовали другие, более извращенные способы убийств. Они обливали своих жертв бензином и затем поджигали их». Японцы грабили дома в городе и затем поджигали. Мирное население пыталось скрыться от убийств, насилия и полного хаоса в специально созданной «международной зоне безопасности».
Резня и насилие, учиненные японцами в отместку за неожиданно отчаянное сопротивление презираемых ими китайцев во время сражения за Шанхай, шокировали весь мир. Некоторые китайские источники сообщали, что число жертв среди мирного населения превышало 300 тыс. человек, однако более правдоподобно, что эта цифра – около 200 тыс. человек. Японские военные власти лживо заявляли, что военные убивали только китайских солдат, переодетых в гражданскую одежду, а число убитых не превышало 1 тыс. человек. Сцены резни в Нанкине были ужасны, трупы людей лежали и разлагались на каждой улице и практически в каждом общественном месте города, многие из них были изглоданы озверевшими собаками. Каждый пруд, ручей и река в городе были завалены разлагающимися телами.