炮戰拉開了日軍全線總攻的帷幕。從瀏河、羅店、劉行、大場、江灣至閘北八字橋一線，到處都有日軍的密集炮火，炮彈在空中飛行，不斷髮出令人心驚的呼嘯聲，幾乎每一發炮彈落下，都會帶走幾條生命。中國軍隊的防守武器就靠數量不多的輕重機槍反擊敵人衝鋒，可是日軍既有鐵甲坦克開路，又有三七毫米口徑平射炮對準機槍轟擊。11師的山炮營被配屬給33旅，用於堅守羅店的核心陣地，但是也只有8門博福斯75MM山炮，口徑小，射程近，東一炮，西一炮，打得又不準。劉建業命令集中佈設，炮火急射3分鐘。上百發炮彈像火龍狂舞。可是很快，日軍用聲測法，雙曲線交繪，大小火炮一齊向我軍陣地猛轟四五分鐘，雨點般的炮彈遍地開花。虧得是夜間，山炮營只傷亡了10多人，8門炮完好無損。師長彭善心疼地對劉建業說：“不能再這樣拼了，我們是劣勢裝備，兩傢伙打爛了，就沒有了。”劉建業知道，這個時候的中國，除了山西太原的火炮工廠，最多也只能自行生產小口徑的迫擊炮，山炮，野炮，榴彈炮，要塞炮等完全依賴外國，特別是德國的軍火交易供給。儘管，國民政府對此也着手做了準備，資源委員會已經在貴州的枝江建立了煤礦，四川的渡口建立了大型鐵礦，利用德國設備在附近開工建設鋼鐵聯合企業，武漢那裡也正在進行炮鋼廠和制炮廠的建設。有了這幾項準備，國民政府軍委會下屬的軍工署，就不光可以對火炮進行修理，還可以自行製造火炮了，最大口徑可以生產德國軍隊裝備的105MM榴彈炮。可是，畢竟，遠水解不了近渴，在現在這個情況下，劉建業就只能幹看着鬼子似乎打不完的炮彈落在自己陣地上面，而自己毫無辦法回擊對手。
9月28日，上海的日軍發動第4次總攻。國聯大會一致通過中國問題議決案，譴責日機濫炸中國平民。
日軍發起的總攻的攻擊重點仍是羅店。在此前的戰鬥裡，儘管日軍在這個方向投入了大約兩個一線師團的兵力，而且出動大量的飛機和海軍艦艇，對我軍的陣地實行立體作戰，但是，在國軍將士衆志成城的堅強防守下，日軍一直沒有取得預想的進展。這令上海派遣軍司令官，日本老資格的陸軍大將鬆井石根感到顏面無光。爲了挽回所謂的大日本帝國皇軍的聲譽和他個人的顏面，他決定再次集中優勢兵力，對羅店展開突擊，務必突破羅店的這道由中國軍人血肉身軀組成的讓日本士兵已經產生了無力感的白色鐵牆。
在炮火掩護下，以坦克車爲前導的大隊日軍從羅店與劉行之間實施突破。眼見越來越近的敵人，劉建業下令旅屬山炮連和配屬給自己的師屬山炮營，排炮齊發，對敵人坦克隊列實行炮火覆蓋，當即擊中坦克兩輛，其餘的首尾難顧，只好掉頭就退，跟隨坦克的步兵在猛烈的炮火下不敢前進。劉建業見此機會哪能錯過，親自命令各部隊的輕重機槍全部開火，對着失去了坦克掩護，正在慌亂之中的敵人步兵，進行猛烈掃射。在一條條機槍噴吐出的鋼鐵射流的面前，許多鬼子步兵被密集飛來的子彈所集中，身軀在空中擺出各種姿態，跳出了詭異的死神舞蹈。
羅店地區全線，我軍陣地幾乎同時都遭到了日軍的進攻。
羅店西北的嶽王廟、曹王廟一線守軍，在敵軍傾盆暴雨般的炮火轟擊面前，工事堅固，官兵奮勇。乘着朦朧的月色，守軍組織了一支又一支突擊隊猛烈出擊，像刺刀插入敵陣，連克吳家宅、嚴宅、丁家橋等大小村莊。敵軍不善夜戰，更怕便衣突擊，中國軍隊臂纏白布爲號，奮勇衝殺，敵軍聞風而退。經查，川崎大尉、齊田中尉、鶴長三義少尉以下260多人傷亡。中國軍隊獲步槍143支、左輪手槍5支、高機槍兩挺、炮兵觀測鏡及文件等，還有鶴長少尉來不及發出的三封家信。
第16師46旅在羅店南一線防守。從27日中午開始，先是小部敵人接觸，黃昏時大隊飛機反覆轟炸，炮火狂轟，9輛坦克後面的大隊日軍沿公路而來，守軍給予迎頭痛擊，敵軍不支而退。第二天，日軍又以飛機大炮狂轟濫炸，工事及鐵絲網全部摧毀。轟炸了整整一天，守軍傷亡不小，陣地上的每一把泥土都是熱的，每一把泥土中都有或大或小的彈頭和彈片！
這一天，日軍發起的全線進攻，再次在白色鐵牆的面前碰壁，儘管付出了很大的傷亡，但是幾乎毫無收穫。惱羞成怒的日軍，對我軍的陣地進行了徹夜的炮擊。炮彈爆炸聲整夜不絕於耳。許多陣地上的守軍在戰壕裡被敵人的炮彈大量殺傷，鮮血拌和着泥土，使泥土呈現一種暗紅的色彩。我軍官兵不顧敵人的炮擊，連夜趕修工事，有的地方陣地上面的人員，來不及趕修被炮火毀壞的工事，乾脆把已經被炮火擊中陣亡的死難戰友的屍體壘在陣地上，以此來加強防禦。
9月29日，綏、陝、晉三省交界處的哈拉寨，曾經在918事變以後獨立堅持黑龍江江橋抗戰的東北軍將領馬占山奉蔣委員長的命令，開始組建東北挺進軍。同日，日本海軍負責中國戰區的第三艦隊司令長谷川清海軍中將派員訪英、美、法等國駐滬海軍司令，要求各國軍艦移泊浦江下游，以便日軍進攻上海南市。
拂曉，1000多名日軍像蝗蟲般地開始了衝鋒。他們以爲經過一天的轟炸，中國守軍已經變成了血肉的泥土。
等到敵人靠近，沒有傷亡或者輕傷的官兵將滿腔的仇恨化作怒火，和新增援的預備隊一起，以迅猛的動作出擊。喊殺聲在清晨的原野上震盪，勇猛的肉搏持續了幾個小時。日軍退縮了，陣地前倒下了五六百日軍。受傷的敵人在呻吟、在蠕動，他們想站起來。佩帶少佐軍銜的鈴木已經不會呻吟，也不會蠕動了，他永遠站不起來了。
這是有代價的。這是用守軍100多人的傷亡換來的。
9月30日，中國代表在國聯大會上，要求確認日本爲侵略國。日軍在滬參戰兵力增加到20萬人以上。日軍步、騎兵向劉行東北我軍陣地猛衝，突入陣地約3公里。爲避免戰線局部過於突出，我軍主力轉移到?藻浜、陳行、廣福、施相公廟一線。
這一天，日軍繼續向羅店地區實行重點攻擊。敵軍似乎被我軍在這裡所表現出來的頑強防禦精神所激怒，爲了表現出大和武士的“無畏果敢”，居然一改常用的散兵攻擊隊形，排成密集衝鋒隊形，幾乎緊跟着炮兵徐進彈幕的落點前進。11師陣地再一次首當其衝。
劉建業也已經記不清，這一天，他親自帶隊和衝殺上來的鬼子步兵，進行過幾次肉搏戰，身上又增添了多少傷痕。他也記不清楚自己親自送了幾個連的官兵，上前線替換和敵人浴血拼殺，死傷累累的部隊下來了。他只知道，幾乎每一個小時，自己就要親手把一個完整地連送到火線，而過了幾個小時，他們下來的時候，能走動的人往往只剩下四五十人而已。就是這些在鬼門關上已經走了一圈回來的人，劉建業也不得不在他們下來以後，對他們進行重編，以便於下一次再把他們送上不斷告急的火線。
面對敵人的瘋狂進攻，從全國各地倉促趕來的中國軍隊在一派沿江平原，沒有任何可以防守的天然屏障的淞滬戰場，幾乎連像樣的工事都無法修築，全憑血肉之軀，就這樣常常整連整營戰死，而後繼部隊的士氣卻從未有任何的消退，依然一往無前。無論中央還是地方部隊，全無派系爭鬥中的推諉，全都抱一死的守土職責。
10月1日，日本首相、外相、陸相、海相四相會議，決定了《處理中國事變綱要》，決定擴大華北和華中戰局，設想通過10月攻勢，迫使南京政府議和，以結束戰爭。日軍部署對上海的兵力：1、以3個師團向大場鎮攻擊；2、第11師團進入楊涇一線，迴旋掩護其右側面；3、以第13師團作第2線，在主力的右翼之後；4、攻擊大場鎮，進入蘇州河一線，向南推進；5、進攻目的是進入蘇州河一線，消滅上海北面的中國軍隊，封鎖上海西南面，進而攻擊南翔。據上海《立報》訊：“八-；一三”以來，日軍傷亡已逾3萬人。日本政府的外務省發表聲明，拒絕國際聯盟對中日戰爭的調解。同日，當日，日軍中央統帥部命令板垣徵四郎率華北方面軍第5師和察哈爾派遣兵團進攻太原。並命令關東軍以一部兵力歸華北方面軍指揮，參加進攻太原的作戰。華北方面軍司令官寺內壽一遵令於當日晚間下令第5師團並指揮進入內長城以南的關東軍向太原發動進攻；接着命令第1軍突破石家莊一帶中國守軍防線向南追擊，以一部進入井陘以西地區策應第5師團進攻太原的作戰；命令第2軍從滏陽河左岸地區發動攻勢，攻擊石家莊地區中國軍隊的側背。同一天，國民政府軍事委員會下令調第14集團軍(衛立煌部)至忻口與日軍會戰。第2戰區司令長官閻錫山爲保衛太原，決定重點在晉北忻口地區組織防禦，另以一部兵力在晉東的娘子關地區佔領陣地，阻擊日軍進攻。
10月1日的早晨，羅店當面的日軍改變了進攻戰術，先以大小口徑火炮對我軍陣地轟擊，後是飛機對整個羅店地區進行無差別轟炸。一時之間，我軍陣地上到處硝煙四起，爆炸聲震耳欲聾。在炮火掩護下，日軍以開掘機和人工進行土工作業，企圖挖掘戰壕逼近守軍陣地。
面對鬼子的這種戰術，劉建業不免一時間感到愕然。這不是解放戰場上，解放軍隊對付國軍堅強防禦陣地的常用手段嗎？這種雖然人力和時間花的不少，但是卻是十分有效，只要對方沒有密集的曲射炮火力，就無法對接着戰壕的掩護不斷緩慢推進的敵人形成有效的威脅。而自己也就只能眼看着敵人一步步推進到自己的眼皮子底下。這也是鬼子在日俄戰爭利用來對付沙皇俄國軍隊在旅順的防禦體系的辦法。劉建業在廣東訓練33旅官兵的時候，也曾經反覆訓練官兵這種利用土工作業推進的辦法。現在，鬼子居然也用這個辦法來對付自己，還真是看得起自己。
劉建業命令集中所有的迫擊炮，對敵人的戰壕進行大仰角射擊。當然，劉建業也對自己手上那點可憐的炮兵火力，能對鬼子構成威脅不抱任何的信心。他命令正面的守軍沉着等待，如果鬼子發起進攻就堅決反擊。在正面還擊的同時，他還派出自己的親信部下段金鎖帶領一部分兵力迂迴到日軍側翼兩面夾擊。敵軍遭受到意料之外的打擊，損兵折將，只得敗退。
羅店地區的戰鬥一直持續不斷，連續的衝鋒和反衝鋒無論進攻或防守，兵員和彈藥的損耗相當巨大。日軍仗着不斷的增援有生力量而保持着進攻的銳氣，中國守軍這時候人員傷亡已過半數，有的部隊只剩下三分之一。作爲尖刀使用的33旅一直堅守着羅店的核心陣地，承受着來自敵人方面的最大的壓力，損失也是非常巨大，雖然經過多次的整補，到了這個時候，部隊也只剩下了2400多人，剛夠編成一個滿編的團。
這兩天，11師部隊戰鬥最激烈的地方是羅店鎮西三裡地的東林寺。東林寺地勢較高，這是一座古廟，東南北三面有小河環繞，是整個陣地的突出部，在這裡眺望，可瞰視和射擊日軍的要點陣地。雙方都認識到這個要點對於羅店整個陣地的重要性，敵我都投入大量的兵力，反覆拉鋸式爭奪這一高地。
10月1日，敵軍整日攻擊，多次衝鋒都被守軍擊潰。第二天一早，日軍的炮火對着東林寺的殘牆斷壁又轟擊了十多分鐘。接着，日軍組織的敢死隊頭上綁着白布條，赤裸上身，端着步槍，不顧我軍的還擊火力，拼死衝鋒向前。由於守軍兵力單薄，中尉排長鬍玉政帶着5名士兵奮勇抵抗，日軍的一部分衝到廟內。日軍中尉富田義信衝了進來，他望着滿身鮮血的胡玉政驚愕了。胡排長急速掏出手槍，可手槍發生了故障。沒等富田反應過來，胡玉政操起身邊的一把鐵鍬，用力劈將過去，富田義信一聲慘叫腦漿迸裂！從廟堂後殺過來的班長徐愛山，悄悄地轉到一個敵兵身後，以迅雷不及掩耳的動作，從日軍的背後抽出他的戰刀，揮手便砍，一連砍死兩個日軍！上等兵劉益山已經被日軍刺了兩刀，他不顧傷痛和鮮血，仍端着刺刀和敵人肉搏，一口氣刺倒了兩個日軍！
正當餘生的三個日軍驚慌之際，增援的敵軍蜂擁而來，冤家路窄，陳簡中新任團長的66團也趕到了東林寺，中士班長潘玉林架起機槍一陣猛掃，20多名日軍應聲而倒。在手榴彈和機槍火力下，敵人的衝鋒被打退了。
可是，62團3營已全部傷亡，增援的66團3營因無立足之地，廟宇林木成了一片瓦礫，只能在暴露在外，倉促設防。日軍的大口徑密集炮火象犁地一樣，反覆在這個小小的高地上來回反覆轟擊，終於蕩平了這片高地。官兵幾度反攻，終因血濺陣地，傷亡過於慘重，實在無力支持，殘兵含恨退守。
這一天的晚上，第15集團軍在嘉定城開慶祝大會，追悼陣亡將士，表彰有功官兵。劉建業因爲堅守羅店，多次帶隊與敵軍肉搏廝殺，捨生忘死，身先士卒迭殲鉅寇並且帶隊奪取日軍聯隊軍旗一面，功勳卓著，衛國有功，被軍事委員會授予三等寶鼎勳章和三等雲麾勳章各一枚。這也是校級軍官能夠獲得的勳章最高等級。屬下的各部軍官和一些英勇作戰的士兵，也獲得了相應的勳章獎章。慶祝會上，軍民情緒歡洽，參謀總部派來的代表表示，淞滬戰場上，國軍犧牲的官兵雖然不少，但士氣卻愈戰愈爲旺盛，而真正做到了前仆後繼。上海各界的民衆代表也紛紛表示，民心堅定而樂觀，認爲日軍必敗，最後勝利一定屬於我們。
10月2日，(太原會戰)(忻口戰役)日軍察哈爾派遣兵團混成第2旅團從代縣向崞縣(今崞陽鎮)進攻，遭遇中國守軍第十九軍頑強抵抗。日軍上海派遣軍總司令鬆井石根，限部屬3天內佔領嘉定、瀏河、劉行、大場、閘北、浦東等處。敵集中兵力向羅店、劉行發動進攻；我軍沿滬太公路撤退約1000餘米。晚，敵以輕型戰車30餘輛，協同步兵1600餘人，由北四川路衝入我方警戒線。英國倫敦華僑推行“大中華運動”，支持中國抗戰。
11師在敵人的不惜代價，不計傷亡的瘋狂進攻下，雖然，竭盡全力與敵人反覆爭奪每一寸陣地，但是，終因傷亡過於巨大，部隊無力繼續戰鬥下去，遂奉命連夜向張家村、林家宅轉移，並切實佔領該處構築工事。第11師師長彭善以梅春華31旅（原旅長王嚴在助攻羅店時負傷）先行出動，一面戰鬥、一面轉進。在轉移中，擔任掩護任務的第62團1營1連遭到日軍突襲，該連官兵在戰至只剩六人後仍堅持不退，與突入之日軍展開肉搏，最後全部壯烈犧牲。10月3日晨，第11師順利完成任務。
10月3日，(淞滬會戰)中國守軍左翼軍兩次調整部署，於3日拂曉前轉移至蘊藻浜右岸亙陳家行、楊涇河西岸、瀏河鎮之線。晨，日軍向滬太公路東西兩側進攻，使用毒氣及達姆彈。敵艦駛入常、澄交界的段山港，向岸上民房轟擊。