面对日军舰炮和坦克、装甲车的支援下猛打猛冲的日本海军上海特别陆战队的疯狂进攻，很快便败退下来。

夺取了走马塘上的重要通道黄兴路桥和马玉山路（营口路）桥的日军遂进一步向上海市政府压迫过去。

12时17分，华军第一批援军赶到。

从杭州笕桥机场起飞的中国空军6架兀鹰式（JU87）俯冲轰炸机（截止至开战，中国空军外购该型轰炸机20架、组装10架、仿制207架，但扣除训练时的损失及在民防之战中的战损，目前只剩168架、布置在上海方向48架）飞抵黄埔江畔。

随即顶着日军的防空火力，对停泊在虬江码头上、正在衝着马玉山路、黄兴路方向实施炮击的日军分舰队展开了攻击。

尽管在民防之战中兀鹰式发挥的巨大作用已经令世人皆知、尽管平津战事中兀鹰式俯冲轰炸机已经给日方造成了极大的损失（准确的摧毁了日军许多重要的且自认为异常坚固的防御堡垒）但华东日军根本没有意识到兀鹰式的威胁（也可能是意识到了，却来不及加装更多的防空炮）。

结果，兀鹰编队仅仅实施了一个波次的进攻，丢下6枚500kg炸弹，就击毁了日军驱逐舰莲号（命中鱼雷发射管，导致全舰大爆炸）、敷设舰八重山号（穿透甲板，在底舱爆炸，导致进水后半沉搁浅）、内河炮舰热海号（爆炸起火后，全舰烧毁）、内河炮舰二见号（近失弹造成侧翻）等4舰。

兀鹰编队一击得手后，随即转舵向情报机构通报的日军舰队泊地汇山码头方向扑去，结果没飞2分钟，就发现了停泊在日商黄浦码头、日商杨树浦码头、日商汇山码头等处的日军第一遣支舰队主队，并稍后又发现了停泊在黄浦江中心航道靠近三井煤栈上码头方向的日军旗舰出云号装甲巡洋舰。

大喜过望的兀鹰们立刻顶着日军匆忙发射的、十分稀疏的高射炮弹、高射机关枪枪弹直扑而下。

在短短5分钟之内，于黄浦江两岸冒险观战（实际上码头区工作）的中外人士的瞠目结舌中击毁了日军驱逐舰栗号（中弹后侧翻）、内河炮舰势多号（龙骨炸断，全舰断成两段）、内河炮舰坚田号（炸弹未爆炸，但击穿了底舱，导致坐沉）重创了出云号（后炮塔炸飞）。

若不是误击了正在缓慢驶过此段航道前往重庆的法国远东舰队内河炮舰刚健号（LaGrandiere）和一艘正停泊在比邻汇山码头的英商华顺码头上的266吨中国籍商船三江号，整个空袭行动堪称经典。

无一损失（2架轻微伤）的兀鹰编队随后兴高采烈的返航了，面色如土的日军海军三舰队司令官野村直邦中将则在粗粗统计了损失后，立刻下令第三舰队残余各舰向上海外海撤退。

野村还向日本海军军令部报告了损失（引起了军令部和联合舰队的骚动）建议立刻调遣航空母舰来华压制中国空军、保衞宝贵的军舰。

由于吴淞炮台的要塞炮早在上一次淞沪之战中就被日军摧毁殆尽了，此后财力不足的国民政府也没有重新配置，因此，为数不多的守军只能眼睁睁的看着日本海军狼狈不堪的逃出黄埔江口外……

第一遣支舰队狼狈逃遁后，日本海军上海特别陆战队的支援火力大减，攻击力度不得不降了下来，此时，中方在上海外围的各部纷纷进入上海。

第四十六军以若干营级部队进驻杨家宅、狮子林、月浦一线实施反登陆警戒，主力在浏河、罗店等地抢修二线野战工事。

第二十九军以少量部队在宝山、吴淞、张华浜等地布雷设障、做迟滞日军登陆部队的准备，主力在纪家桥、杨行、陈家宅、刘行等地抢修二线野战工事。

第四军先头部队进驻江湾，掩护后续军主力在大场方向展开。

第四十二军一部奉命接手昆支国防线北部防御。

第三十四军奉命接手第八十六军在嘉善、松江、金山等地的阵地，并以一部进驻南桥、高行、高桥等浦东地区，为浦西华军提供一定程度的掩护及反登陆的预警。

第八十六军则整体开入闸北，准备收复虹口及北外滩的日军控制区。

第三十三军、第三十六军等部也接到命令，立刻向上海市区方向开进。

为了防止日军海军陆战队主动收缩回早就要塞化、半要塞化的老巢，当日下午4时许，在小昆山野战机场起飞的第三航空队第七轰炸机联队第4中队的12架诺思罗普2EC式轻型轰炸机（国民党空军向国防军投降时上缴了107架此款轰炸机。鉴于1939年正式服役的猴面鹰巡逻/轰炸机数量不足，因此，国防空军最终将其留用，其中用在上海方向的有36架）的掩护下，税警总团在马玉山路和黄兴路方向发起了一次不成功的反击战。

虽然最终并没有击溃当面日军，夺回走马塘和虬江北岸失陷的诸家桥、曾家谷、姚家弄、远东竟马场等几处要点，但也毙伤日军数百人，摧毁了日军包括1门150mm榴弹炮、3门75mm山炮在内的多门身管火炮和迫击炮并用20mm高射炮和12.7mm机关枪击毁了日军八九式中战车和九五式轻战车各1辆、罗伊斯罗莱斯装甲车2辆……

眼见得己方即将陷入不可测的危险境地，日本人便使出缓兵之计，当日傍晚，日本驻沪总领事岩井英一打电话给代理上海特别市市长的孙科，建议双方不要扩大战事，以免导致双方高层误判。

孙科对此表示同意，但要求日方退回走马塘以南，岩井英一当即同意，但意在扩大控制区、进而拖延华军反击进度的武田盛治少将却无视第三舰队逃遁、己方火力已经不足的现实，不愿意后退，反而利用停火的机会，向走马塘以北调集兵力和装备，但这一幕恰恰是中方所希望见到的。

1940年5月16日凌晨2时，就在逼近日本最后通牒所规定的时间前1小时35分，国防政府外交委员会主席陈友仁约见了日本驻华大使重光葵，告知其中国政府拒绝日方最后通牒的决定，并同时向其宣读了中方对日《宣战书》（中国时间）。

2个小时后，日本东京时间凌晨5点，中国驻日本大使、前北洋政府内阁总理许世英向日本外相松冈洋右递交了《宣战书》至此中日两国正式宣战，中国历史进入了一个新的篇章，淞沪抗战也即将进入高朝阶段……