10月15日拂晓，日军在飞机、大炮掩护下继续猛攻蕴藻浜南岸阵地，赵嘉谟团官兵沉着应战，毫不气馁，本着与阵地共存亡之决心固守阵地。经过终日搏斗，打退敌人多次进攻，敌我双方伤亡均惨重，日军毫无进展。
日军攻势受阻，很不甘心，第二天，组织力量转向进攻桥亭宅、顿悟寺。敌复增兵、飞机50余架、坦克车20余架、大炮数十门联合进攻。杨军长一面命134师迎击，一面命夏副军长赴前线督师。杨汉忠师长亲率134师官兵忠勇奋发，在敌机俯冲轰炸与扫射下，虽弹穿左股，亦能不顾一切，裹伤前进，遂至全军感奋。杨汉忠师长是川军在抗日战场上受伤的第一位国军高级将领。
激战未已，顿悟寺左端工事全部被毁，将士全部牺牲，敌即由此点突入，恰好133师旅赶来，杨将军乃转取攻势，指挥全部反扑，杨汉忠师长裹伤再战，激战至午后4时，将敌主力击溃，阵地完全恢复。”
在20军进入蕴藻浜沿岸桥亭宅、顿悟寺、陈家行阵地战斗的6、7天里，陈家行一带火光冲天、杀声震地、血肉横飞，部队伤亡惨重，但是，20军官兵的斗志并未因战友的纷纷倒下而有所动摇，他们誓死战斗到底，用血肉之躯，挡住了日军的钢铁洪流。然而，此时20军面临的现实是：伤亡严重，战力过度消耗，战况更加危急。
10月17日下午，20军在陈家行、顿悟寺及其附近原阵地，依照规定绘图正式交给48军接替后，即在纪王庙、吴淞江西岸附近构筑后方阵地，并整编133师、134师残余部队为一个师，第133师缩编成一个旅，由旅长刘席涵率领，第134师缩编成一个旅，由旅长杨干才率领，这两个旅统一由第133师师长杨汉玉节制，编余官兵（主要是伤员）由134师副师长李朝信率往安庆，训练新兵。
是役，20军据不完全统计，阵亡团长林相侯、营长戈厚培、王肇春、先纠华等及连以下军官280余人，士兵3687人；负伤师长杨汉忠、旅长罗润德、团长李介立、营长刘龙骧、罗光荣、田阡陌、何学植、副营长陈宣等军官共198人，士兵6851人；伤重致残军官27人、士兵407人；失踪军官13人、士兵228人；病亡军官17人、士兵656人；战斗人员伤亡近50%，损失甚至超过了战前的一个整师。
由于20军的英勇抗击，至18日，日军沪上派遣军的五个师团死伤累累、横尸盈野，进攻几乎陷于停顿。号称精锐的第9师团，此时伤亡已达6000余人，接近师团总人数的一半。其他像第101师团的伤亡就更大，已经接近9000余人。
11月8日，第三战区左翼作战集团决定由淞沪战场向吴（县）福（山）线和锡（无锡）澄（江阴）线西撤。11月7日夜，20军奉命经安亭、昆山道，向吴（县）福（山）线转进，归11军团长上官云相指挥（当时11军团是第3战区总预备队），构筑常熟附近用直镇、真义镇、吴家滨、巴城镇、东塘堡、古里村亘梅李（常熟东）之线之阵地工事。
9日，杨上将集中20军残部，命令由最后到达淞沪战场的133师399旅陈亲民团为先头部队，为全军开路，以急行军方式向青浦、昆山方向前进。
11日，20军到达常熟县辛庄附近，适逢日军主力正向苏州、常熟两地进迫，数十架次日机轮番轰炸苏州，20军只得利用空袭间隙继续前进。
12日，日军重藤支队和第16师团在长江南岸白茆口附近登陆，企图从侧后包围国军，遭到江防部队第40师英勇阻击。第40师在新径口，白茆口与登陆之敌展开激战时，适时20军先头部队陈亲民团抵达常熟梅李镇以北地区，也与日军登陆部队遭遇。