8月27日，在吴淞口、浏河、川沙口、狮子岭一带登陆上岸的日军第11师团一部，再次强攻罗店。日军在海、空火力支援下，向国民政府守军展开猛疯狂的进攻，中国军人顶着头上飞机的轮番轰炸扫射，冒着不时落下的舰炮炮弹，英勇顽强的坚守着阵地，巨大的炮弹爆炸声、子弹穿透空气的呼啸声、喊声、哭声、惨叫声响彻云霄。不时有人中弹，鲜血飞溅，残肢断臂随处可见，战斗空前惨烈。第67师119旅伤亡惨重，阵地开始动摇。中午时分，日军第11师团投入精锐力量，在六架轰炸机、十余门火炮的火力掩护下，数千步兵在装甲车的引导下，发起了又一次猛攻。中国军队虽然数次增援并发起反击，但终因火力不济，伤亡重，被迫退入罗店镇，依托房屋建筑，与敌人展开激烈的巷战，一条街一间屋地打击日本侵略者。战斗进行至夜间，敌人使用燃烧弹点燃建物，中国守军伤亡惨重，退出阵地，罗店失守。

　　连日来，日军攻势猛烈，进展快速。当罗店正在发生激烈的战斗时，日军一部已在罗店以北越过马路塘南岸，占据周家宅、龚家宅等村落，直接威胁罗店镇之侧背。鉴于此，第18军军长罗卓英决定于当晚从月浦镇—新镇—罗店—蒲家庙之线，向日军发动进攻，以消除侧背之威胁。28日凌晨4时，第11师33旅向罗店北面发起攻击。同时，第31旅在其侧翼对罗店东南地区进行佯攻，试图吸引日军兵力，减轻33旅的正面进攻负担，战斗空前惨烈，国军连续进攻受挫后，又投入第67师增援33旅作战。战至拂晓时分，第33旅65团一举歼灭当面日军第43联队第2大队长冈田少佐以下官兵300余人，攻克了龚家宅、李家宅，接着向白房子、罗店站方向追歼逃敌。第66团经激战后夺回西马宅、周家宅，击毙日军第43联队第3大队中队长坂仓大尉以下387人，接着又乘势攻占了潘宅、坍石桥，随即于左翼的65团合力进攻罗店，很快就突入罗店镇，同日军展开惨烈的逐街巷战。日军在我进攻部队的猛烈打击下，难以招架退缩至罗店西北角，凭着小河、依托房屋继续顽抗。

　　此时，防御罗店西北角的第14师已调往曹王庙，使退守此处的日军第43联队残部得到喘息的机会，构筑了临时阵地，固守待援。拂晓，日军飞机和舰炮对罗店中国军队再次进行猛烈打击。一阵狂轰滥炸后，日军第11师团向罗店西面的第11师、67师阵地猛烈反扑，双方再次激战。这时，第98师第292旅对南长沟的进攻受挫，并受到尤家楼、沉家桥两地日军的夹击，战况十分危急。第11师师长彭善立即调第31旅前往解围，结果导致33旅孤军抗击日军第11师团的正面强攻，损失惨重，第67师398团也遭受重创。

　　此时，又有大批日军从川沙口登陆，快速向罗店前进，支援罗店之敌作战。日军的飞机、大炮一刻不停的轰炸，掀起的烟尘气浪，卷起飞沙走石，笼罩全镇。断墙残壁间，烈火熊熊，忠勇的战士们在焦土烟焰中苦守着，到处是尸体，到处是瓦砾，每一寸土地都是血和火。战斗至中午时分，罗店大部分地区又被日寇攻占。午后，第67师第401团团长朱志喜上校奉命驰援罗店，与第398团互相配合，由小堂子反攻罗店，一举冲入罗店镇南部，同刚刚攻入镇内，立足未稳的日军展开激烈的巷战。虽反复拼杀，但进展不大，虽退而固守小堂子阵地，与敌相峙。当天，66团3营营长王仲彬少校在坍石桥的战斗中阵亡，该营7连连长朱国戎上尉在肉搏时牺牲。入夜，日军调整兵力，再度猛攻罗店。第65团、66团、398团、401团伤亡太大，难以支撑，多处阵地被日军突破。第401团副团长汪化霖中校在血战中牺牲，罗店大半失守。第67师师长李树森中将亲率4个营冒着暴雨反攻罗店南端之敌，日军死守待援，67师进攻受阻。天明后，日军召唤炮火支援，停泊在长江边的数艘日舰集中炮轰罗店国军阵地，师长李树森英勇负伤，所部伤亡惨重，被迫撤往嘉定，罗店再度失守。

　　日军随着登陆部队的不断增多，并在占有绝对海、空火力优势的情况下，逐渐占据主动，中国军队作战形势急转而下，特别是罗店失守使得全线动摇。鉴于此，军长罗卓英命令先夺回罗店据点，再全线点，罗卓英下达战斗命令，令第98师292旅，急由新镇向罗店东北地区猛攻敌之侧背，主力集结于长浜站附附近待命；第11师除以一部守备阵地，抑制当面之地外，以主力沿罗（店）浏（河）公路向敌正面猛攻；第67师指之401团，应于小塘子附近原阵地待机出击；第14师之两团及67师之一部由西向东猛攻罗店，须侧重西北方面；另派有力之一部，由曹王庙攻敌侧背。命令很快传到各师，但是却无法执行。此时第11师、98师和67师正在与日军全线交火，根本抽不出兵力去执行计划规定的作战任务。唯一能投入的部队仅有第14师，而且该师的第80团和84团正在担负防守任务，仅有作为预备队的第79团和83团能用于战斗。

　　此时，蒋介石已得知罗店失守，大为震惊，遂命令陈诚不惜代价夺回罗店。陈城下令第14师火速奔赴罗店，增援67师作战，务必夺回罗店。当夜，第14师官兵背起行囊，急奔罗店。刚到嘉定，就得知了罗店被日军占领的消息，师长霍揆彰和参谋长郭汝瑰仔细分析了敌情，决定趁敌人立足未稳之际，发起突然袭击，夺回罗店。师长霍揆彰定下的作战任务是：由第42旅83团担任主攻，79团迂回到敌人背后，以师特务营为预备队，形成前后夹击态势，一举彻底歼灭这股敌人。陈诚同意了这个作战方案，并命令第67师和第11师各派一个旅协同作战。趁着天黑夜暗，第83团团长高魁元带领部队出发，向小河桥前进。因部队刚到，道路不熟，走出不远就被一条小河挡住了去路，好不容易找到一座过河的小桥，正准备过桥，突然枪声大作，躲在暗处的日军机枪向中国军队进行了疯狂扫射，许多官兵还没弄清怎么一回事，就倒在了敌人的枪口下。83团见日军已有准备，团长高魁元下令强攻，但因缺乏战斗经验，加之山炮营尚未到达，无炮兵支援，连续数次进攻均被击退，几百名士兵在桥头壮烈牺牲，进攻受阻。

　　79团出发后，很顺利地迂回到了敌人的后面，日军毫不知情。团长阙汉骞上校令1营和2营原地待命并监视敌人，3营架设临时浮桥过河。3营长李伯钧率部过河后，破坏了两道铁丝网，竟冲进了罗店以北的长桥日军“清耳司令部”，击毙指挥官一名，俘敌数十名，缴获小钢炮一门，机枪8挺等大量物资。考虑到是孤军深入，营长李伯钧少校命令全营隐蔽于竹林中以待后援。但此时大雨滂沱，道路泥泞，配合作战的友军各部行动迟缓。正在师指挥部视察的陈诚担心天明后遭到敌炮火攻击，于是师长霍揆彰下令各部撤退。79团3营撤退时已经是天明，渡河时浮桥被舰炮炸毁，前面是河流，后面是追兵，许多官兵迫于无奈，纷纷跳入河流。营长李伯钓少校身负重伤，投河自尽，全营死伤大半，反攻失败。

　　第14师的两个团前后都被河流阻挡，行动就这样失利。实际上，当时第14师赶赴罗店时未被敌人察觉，而且第79团还成功迂回至敌后，如果指挥者再坚决一点，完全可以一举夺回罗店，这样的机会此后再没出现！第14师行动失利后，第11师一部血战5小时，冲锋十多次，在半夜夺回了罗店南边的部分阵地。第67师以此为依托，逐步向左右两侧构筑工事，与占据镇北的日军形成对峙之势。29日凌晨夏楚中第98师587团向罗店东北朱宅、孙家楼之敌突击，突破阵地后，又向孙家楼一带的日军炮兵阵地发起进攻，日军顽强阻击，双方形成了对峙。同时，584团于顾家角以西向敌发起攻击，拂晓时攻占五斗泾、箭牌桥、土竹园。日军虽在天亮后反扑，经多次争夺，584团夺占龚宅、潘宅、孟宅之线，并向罗店镇以东的十里长街挺进。日军组织反击，与584团展开白刃战，国军进攻受阻。587团闻讯赶来增援，因敌顽强固守，也未能攻入罗店。这天，584团9个步兵连长均负重伤，排长以下官兵伤亡400余人。

　　29日，刚从德国应召回国的黄维火线师受伤师长李树森的指挥权，调整兵力，再攻罗定。经激烈战斗，突破敌防线，但尚未巩固阵地，就遭日寇强大火力猛烈打击，67师伤亡惨重，被迫撤出阵地，罗店陷落敌手。之后，双方争夺重点转向罗定外围，你攻我守，你守我攻，胶着对战。29日晚上，从安亭赶来增援的第51师进驻罗店西，并在施相公庙设立了指挥所，遂命令第153旅306团准备夜间强袭罗店。306团团长邱维达上校预先侦察日军阵地后，下令第3营偷袭，第1营和第2营接应埋伏。营长胡豪少校指挥第3营从67师阵地附近突入罗店，打开了一个缺口，然后轻重火器一起扫射，日军乱作一团，慌忙迎战。3营假装败退，日军不知有埋伏，当即展开追击，在距施相公庙大约200米，进入306团预先埋伏地，团长邱维达下令开火，日军死伤累累。国军因担心天亮后遭到炮击，未敢追击，令各连派出小分队打扫战场，缴获敌军武器均有犒赏，步枪每支5元，机枪每挺10元。此后，日军夜间遭到我军偷袭后，便不敢追击了。从罗店失守至此，近两天的时间里，国民党军队虽然发动了数次反攻，最终还是没能夺回罗店。

　　中日两军战至29日，中国军队面临着极为不利的形势，对于罗店这个战略要地，想发动进攻再次的回它，现有兵力不能实现，罗店完全被敌控制。罗店失守，对南翔、嘉定和刘行一带部署的中国军队构成严重威胁，南京大本营要求必须收复罗店。同一天，在淞沪战场进行考察的法肯豪森向蒋介石分析了战场态势，他主张：长期抵抗，宜永久依托上海，而要保住上海，目前最要害地点就是罗店，在该处阻止敌人，使敌不能犯刘行，更不能取嘉定，稳固由南翔经嘉定、太仓之联络至关重要。蒋介石对此表示同意，加之后续增援部队陆续赶到战场，其形势相对有所转机，遂下令再次进攻罗店。8月30日，第78师234旅刚到战场就投入到反攻罗店的战斗中，但攻击未果。9月1日至5日，第18军趁日军攻势重点指向月浦方向之时，决定第三次反攻罗店。与以前一样，几次夜袭均无进展，未能收复罗店，但缩小了对罗店镇的包围圈。蒋介石深知罗店失守将使整个淞沪会战陷入被动。于是9月6日，蒋介石越级指挥第18军军长罗卓英：“罗店关系重大，须限期攻下。”

　　于是，国民党军队将51师、56师和58师全部投入罗店方向，对罗店发起了第四次反攻。9月6日14时，陈诚发出进攻罗店的命令，要求从当晚起“确实包围罗店而占领之”。同日，蒋介石亦先后两次电告第15集团军，再三强调必须要攻下罗店。6日晚上，第14师和第11师已完成对罗店镇的包围。罗卓英立即下令：各师向罗店镇进攻。由于遭到层层阻击，进攻缓慢。当推进到金家宅、高家宅之线时，已是清晨，日军在空中数架飞机支援下，集中火力猛烈反击，我军各部在炮击下攻势受阻，举步维艰，结果还是未能攻克罗店。

　　此时，右翼阵地的宝山、吴淞、狮子林相继失守，日军已将登陆场连成一片，登陆日军持续增加，来往支援的日军正沿宝罗公路向月浦进犯，防守月浦的第98师侧后受到威胁。而且第98师连日苦战，伤亡甚重，已无力两面作战。在敌减态势发生变化的情况下，军长罗卓英不得不下令中止进攻。第四次反攻罗店之战被迫结束。9月7日，罗店彻底失守，罗店之战结束。

　　罗店之战，国民政府军以“一寸山河一寸血”的感天动地精神同日寇拼杀，战况之惨烈，为淞沪开战以来所仅有。守军阵地几易几经易守，往往得而复失，失而复得，阵地前尸积如山，血流成河。战至9月7日，罗店一线余名，第56师伤亡380余名，第75军的第6师两旅只剩战斗兵员1600余名。各部伤亡过半，虽经补充，但兵力不足。日军也付出了伤亡1万多人的重大代价，被迫再度征兵淞沪战场。

　　罗店血战后，南京大本营决定全线退守北站、江湾、庙行、罗店以南，施相公庙、浏河一线，重新调整力量，继续抗击日寇。