2月20日拂晓，日军出动飞机十余架，不断在庙行阵地上空往返侦察轰炸，海军舰炮及陆军重炮向庙行阵地猛烈轰击。
与此同时，日军炮火猛烈轰击蕴藻浜阵地，企图强渡蕴藻浜，以策应庙行作战。
上午九点，日军一部接近小场庙至麦家宅阵地前方，即对第十九路军阵地实行火力搜索。
中午，日军3000人发起攻击，防守麦家宅、竹园墩阵地的527团奋起还击，庙行战役由此打响。
这场关键战役，校长直接坐镇于金陵指挥部，利用无线电遥控指挥，要求陈铭枢等人严阵以待，决不能让日寇渡过蕴藻浜，否则闸北危矣。
为了更好抵御日寇的侵袭，税警总团兵分三路，在各个阵地策应第十九路军的士兵，以恐怖而强大的火力阻击着日寇海陆空三方的袭击。
正面冲突爆发后，税警总团的装备优势和士兵强度彰显无疑，5万余人硬是生生打出了十万虎狼之师的效果。
经3小时的激战，日军伤亡累累，无力再战，遂退回原有阵地。
随后日军又派遣2000余人向小场庙、金家塘阵地进攻，523团掩处于战壕内，在税警总团的支援下再度击退日军。
黄昏后，日军步兵停止进攻，但海陆炮火继续向我方阵地轰击，企图摧毁我军工事及有生力量，以便第二天继续发动攻击。
无论如何，2月20日的成功防守给了国民军极大的信心，日寇师团并非不可战胜，他们死得多了，也会害怕，会后退。
借此机会，校长立即通电全军，鼓励士兵，并将叶洛等上海滩商人捐赠的物资迅速发放到前线，以慰藉军队。
2月21日，日军炮火继续向庙行第五军88师阵地进行狂轰滥炸。
随后，日军步兵数千人向严家宅、庙行镇之线发起进攻。
待日军接近后，523、524团奋勇还击，击退日军。
随后，大批敌军以纵深配合，向庙行以南麦家宅、竹园墩、小场庙、严家宅之线不断发动全线进攻，523、524、527团与敌军开展激战，其中麦家宅、徐旭所在竹园墩前线战斗尤为激烈。
又经一天的奋战，多方协力之下，国民军再度击退日军，士气大振，多方庆贺。
而叶氏投资也靠着税警总团和大批量军需物资的援助得以扬名。
最近几次的物资援助，叶洛让人把叶氏投资的商标和公司名印在物资包装上，不仅我军士兵能看到，敌方日寇也见识到了叶氏投资恐怖的财力。
2月21日晚，叶洛又将援助物资进行细分，譬如这一批是叶氏影片公司援助，这批是叶氏服装公司募捐，直接把军需物资的广告给全垄断了。
2月22日，日军第九师团倾巢出动，进犯第五军88师之庙行阵地，飞机轰炸竟日不停，数千发炮弹轰击守军阵地。
但在张治中亲自指挥下，由税警总团、孙元良旅、宋希濂旅和十九路军61师的四面夹击下，敌遭惨败，庙行阵地终于转危为安。
其中温应星亲率的税警总团第一营主动袭击了日军第九师团及久留米混成旅团之精锐，突袭下，凭借强大火力和士兵之勇猛，让日军伤亡惨重。
此即为“庙行大捷”！
此后数日，日军虽不断轰击和进攻，但均被守军击退。
至25日，植田的总攻计划也宣告破产。