第20軍縮編為乙種軍後實力大減，但更致命的是該軍的裝備，根本無法與裝備精良的日軍相比。第20軍所屬每個團只有四門迫擊炮，每個步兵連只有三挺輕機槍，機槍連僅有兩挺重機槍。除此之外，就只有步槍了。然而川軍配備的步槍，主要以川造為主，這種步槍損壞率高，射程又近，以此裝備去和日軍對抗，其結果實在令人擔憂。好在楊森在建設自己的部隊時，比四川其他各路軍閥投入的財力更大一些，這才使所屬部隊更換使用起大約百分之30左右的漢陽造步槍。
1937年9月1日，第20軍在貴陽進行總動員，軍長楊森在訓話時說道＂本軍過去歷年在四川打內戰，為了爭權奪地，犧牲了不少人的生命，也給人民帶來了難以估計的損失和苦難，真是可恥的行為。今天為了國家、民族的生存，調赴上海地區抗擊日本帝國主義的侵略，這是無上光榮的任務。望我官兵，上下一心，共同努力殺敵，保衛國土，竭盡軍人天職，造福後代＂。楊森話畢，聽訓官兵群情激奮，一致表示＂國難當頭，匹夫有責，誓在前線與日軍死戰！＂
10月8日，第20軍經過火車運輸抵達南翔，隨後根據第3戰區司令長官部的命令歸第19集團軍總司令薛岳指揮，開赴上海近郊的老人橋、鬱公廟、新涇橋、談家頭、池後宅、戰頭橋一線構築防禦工事。為了作出表率，楊森與副軍長夏炯都親自參與到掩蔽部的挖掘作業中，事畢又帶著軍部人員到前線觀察戰局，了解戰況。兩天後，友軍位於陳家行的陣地被日軍攻占。此時還沒有全部抵達戰場的第20軍奉命參戰，其任務就是奪回陳家行以及附近丟失的陣地。
最先投入作戰的是第134師402旅804團。旅長楊幹才於10日夜率部前往第32師報道，隨後命第804團投入反攻。第804團團長向文彬手頭實際可以使用的只有兩個步兵營（另一個營由軍部直接指揮），他將兩個營一左一右配置，借用夜色盡數投入作戰。經過一夜激戰，第804團成功收複陳家行以及附近的橋亭宅、頓悟寺陣地。但全團此時僅剩下120餘人，向文彬只能將所有戰鬥兵編組為一個臨時營級單位連夜修築防禦工事，以備日軍反撲。這次戰鬥，是川軍對日首戰，雖然傷亡巨大，卻使其他派系的友軍對川軍的看法轉變不少，就連蔣介石也通過電話向楊森表揚了向文彬，並獎給全團官兵6000元法幣。
第804團首戰告捷，但以區區120餘人的兵力要守住陣地十分困難。就在日軍重新發起反撲，第804團無力支持的時候，後續部隊第802團及時趕至戰場。該團團長林相侯見戰況危急，親自率領一個連投入反擊，卻不幸被日軍炮彈擊中頭部陣亡。團長初上陣即告陣亡，這對全團來說都是一個沉重打擊，但在此情況下，第802團並沒有動搖，他們在面對占據優勢火力的日軍步兵第7聯隊面前繼續組織反擊，有的官兵甚至大喊著＂為團長報仇！向敵人衝啊！＂的口號向日軍衝去。
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