四行仓库保卫战发生于1937年10月26日至11月1日，标志着中国抗日战争中淞沪会战的尾声。
参加这场保卫战的国民革命军被称为“八百壮士”，他们抵住日本军多番进攻，掩护国民革命军第八十八师及其他国民革命军向西撤退。保卫战成功振奋因淞沪会战受挫而下降的中国军民士气。四行仓库与上海公共租界只相隔一条苏州河，因此整个战斗展现在西方世界面前，进一步吸引国际社会注意，然而没有如蒋中正期望给中国抗日战争带来实质的国际支援。
10月27日
主力部队正在马不停蹄西撤，孤军固守四行仓库注定没有援助。当晚各连分批穿过前线，杨瑞符命令一连去四行仓库，自己带领二连前进。而三连、机枪连和一连第三排士兵无法联络。直到第二日上午9时，他们才到达四行仓库。他们是在随大部队撤退途中，得到有关一营留守四行仓库的消息。谢晋元曾告诉部下：“本军所奉的命令就是要死守四行仓库，与最后阵地共存亡。所以这个四行仓库就是我们四百多人的坟墓，我们全都要战死在这里。我们中间只要还有一个人在，就要坚守阵地，和敌人拚死战斗到底!”之后他们这种志愿参加“自杀行动”的精神，被蒋中正称为英勇行为的典范。
早上时分，有关中国军队仍在四行仓库保卫闸北的消息在上海传开。这引起中国童子军杨惠敏关注，而她将在整个保卫战中扮演一个非常重要角色。凌晨4点左右她听到枪声便沿苏州河行走，她发现英国士兵向仓库丢了一袋香烟，她问新垃圾桥头的英军对岸发生了什么，英军回答四行仓库中有中国守军。于是她要求附上她自己的纸条，不久后仓库传回纸条，说明他们需要弹药与食物。杨惠敏向上海商会求助，不过对方并不相信。
谢晋元将一连沿西藏路部署在四行仓库右翼，三连在左翼交通银行仓库大楼对面，二连在中央担任四行仓库外围之守备。将士们利用仓库内之麻袋构建防御工事，封闭门窗以方便射击，破坏照明系统以隐蔽部队。机枪连除以两挺布置在楼顶担任防空其余分配一、三两连完成全营火力网的编成。苏州河北路有原为防御租界内欧美军队的防御工事，但工事的枪眼是向现在中国守军方向开的。为了防止日军利用，中国守军便在其中埋下炸药，后日军进入其中，中国守军引爆炸药而对日军造成伤亡。
守军用仓库内的沙袋、装玉米、大豆和其他货物的麻袋构筑工事。并将楼内电灯全部破坏以便隐蔽，焚烧四行仓库周围房屋。
上午7时，日军第三师团开至上海北站，到午后1时开至四行仓库附近。约十名日军接近防御工事进行侦查，很快被击毙。午后2点由第三连排长尹求成带领的一队中国侦察兵与约50名日军交火。之后不久一个连的日军从西侧发动进攻，三连连长石美豪面部中弹但继续指挥战斗直到腿部再次中弹。大约七十名日军进入仓库西南墙根中国军队火力死角，中国守军便爬上楼顶向其投掷迫击炮弹及手榴弹，炸死日军七名伤二三十名。在第一波攻击失败后日军向储有燃料及木材的仓库西区放火。下午5时大火被扑灭。同时日军在闸北进行抢掠纵火。
晚上9时，营长杨瑞符判断当日日军不会再发动进攻，便下令做饭并加固防御工事。当天有两名守军阵亡，四人受伤。
10月28日早晨出版发行的《申报》、《新闻报》、《大公报》、《中央日报》都采用了中央社27日的报道： “闸北我军虽已于昨晨拂晓前大部安全撤退，但此非谓闸北已全无我军踪迹，盖我八十八师一营以上之忠勇将士八百余人，由团长谢晋元营长杨瑞符率领，尚在烈焰笼罩敌军四围中，以其最后一滴血，与最后一颗弹，向敌军索取应付之代价，正演出一幕惊天地泣鬼神可永垂青史而不朽之壮烈剧戏也。”上海租界的外国报纸则提供了不一样的数据。《大美晚报》、《字林西报》、《上海泰晤士报》等先后有150人、800人、200-250人的不同说法。
中国守军连夜抢筑工事，没有人睡觉。早上谢晋元用从杨惠敏处得到的上海商会的电话号码与上海商会联系。
四行仓库的位置及建筑结构对守军相当有利。四行仓库临近上海公共租界，日军不敢用海军炮火攻击。他们怕炮弹落入公共租界内，因为日本此时尚不愿意同欧美开战。日军也不敢像在上海其他地方那样使用芥子毒气，因为这将暴露在全世界面前。
早上7时，一架日军轰炸机在仓库上方盘旋，但因为害怕误中公共租界并未投弹。在遭到守军防空火力攻击后日军轰炸机离去。
上午8时，营长杨瑞符召集全营官长及班长讲话鼓舞士气。10时谢晋元与杨瑞符共同视察工事并观察日军动向。当他们在楼顶上时谢晋元发现一队日军沿苏州河北路移动，据杨瑞符回忆大约在一千米外。谢晋元拿起一支枪向其射击，当场击毙日军宪兵一名。
下午3时开始下雨，四行仓库周围的火逐渐熄灭。日军在西侧发动另一次主攻，占领交通银行大楼，在四行仓库北面部署加农炮攻击。加农炮对四行仓库厚重的墙壁无法造成致命伤害，而在交通银行大楼内的日军又很容易被占领制高点的中国守军压制住。当时，430多名士兵在仓库西侧2、3楼，与占据一街之隔之交通银行内日军交火，日军用加农炮攻击，令仓库西墙千疮百孔。两小时后日军放弃进攻，但得以切断四行仓库供电及供水。
当日由第一连陶杏春连长、营部军官汤聘梓和机枪连杨排长带领的一小队中国士兵加入了战斗。
这期间上海商会得到中国守军仍在闸北消息后相当激动，消息很快通过电台传遍全城。“八百壮士”英勇精神，大大激励全国军民抗日斗志，大批上海市民在雨中聚集在苏州河南岸，为守军呐喊助威。上海市民向守军捐献十多卡车给养。卡车于夜间抵达四行仓库附近，守军用沙袋筑墙到卡车旁，将给养拖至仓库。搬运给养用了四个小时，在此期间三名守军阵亡。守军收到了食物、水果、衣物、器具和市民的慰问信。一队记者也来到了四行仓库，但由于谢晋元与杨瑞符因事繁忙，由机枪连雷连长代为接见。
谢晋元通过上海商会，向美军要求送十名重伤员离开战场。美军同意了此项要求，因此伤员趁夜幕掩护被抬离战场。
同晚上海商会决定向守军送一面中华民国国旗。中国整编部队当时没有携带国旗和军旗，当杨惠敏将国旗送入四行仓库时由最高指挥官谢晋元亲自接旗。当杨惠敏问及守军的作战计划时，守军回答誓死保卫四行仓库。杨惠敏十分感动并向谢晋元索取所有守军的名册，并将其通告全国。但为了迷惑日军同时又不使杨惠敏失望，谢晋元让人根据原五二四团的名册伪造了一份800人的名单。谢晋元鼓舞士兵说，我跟你们一起死在四行仓库;他嘱咐出外就医之士兵，“有人问四行仓库有多少人，你们就说有800人，决不可说只有一营人，以免敌人知道我们人数少而更加凶横”。另据杨瑞符在《孤军奋斗四日记》中对10月28日晚运出伤员的情形有过这样的描述：
“我当嘱咐出外就医的士兵说：你们出去，有人问四行仓库究竟有多少人，你们就说有八百人，决不可说只有一营人，以免敌人知道我们的人数少而更加凶横，后来轰传世界的八百孤军的数目，就是这样来的。我团五二四的团长本来是韩宪元，而今天一般人误称为谢团长，也就是在折八百的数目字而推测出来的。”
杨养正获得的忠贞奖章执照
这就是“八百壮士”的由来。“八百壮士”之名由此响彻全中国。
10月29日早上，上海市民发现四行仓库楼顶升起一面中华民国国旗。由于杨惠敏只带来了国旗但仓库内没有旗杆，因此守军用竹子和草绳临时制作了旗杆。守军中只有一小部分人参加了升旗仪式。而苏州河对岸聚集的群众据说超过三万人[13]，他们欢呼“中华民国万岁!”。日军开始对中华民国国旗发动空袭。由于防空炮火密集，同时顾忌误伤公共租界，日军飞机没能摧毁中国国旗就撤退了。经过两天战斗，四行仓库外防御工事和仓库本身都遭到破坏。
中午，日军发动迄今最大规模攻击。加农炮和轻装坦克从各个方向发动进攻，迫使中国守军第三连从仓库外工事中撤回仓库内。四行仓库西侧本来没什么窗户，而日军的炮击却给守军打开了许多射击孔。一队日军试图通过梯子爬入仓库二楼，谢晋元当时恰好在二楼窗户前。他一手夺过第一个上来的日本兵的枪，另一只手将其推下，之后向第二名日军射击，最后推倒了梯子。一名在战斗中负伤的士兵将自己绑上手榴弹从六楼跳下仓库，利用自杀攻击炸死约二十名日军。战斗直到天黑，此时日军以装甲车和加农炮掩护进攻。最终日军再次失败后，开始用挖掘机向四行仓库挖地道。河对岸市民用大字报通知守军日军的行动。一人甚至在发现日军准备再一次发动进攻后，打电话通知四行仓库守军。
10月30日早上7时，日军大部分时间用加农炮再次进攻，只有少数步兵参加。日军试图摧毁四行仓库，由于建筑坚固，沙袋和修理材料充足，守军得以时刻修复。据杨瑞符回忆，加农炮炮火相当密集，平均每秒都有炮弹落下。傍晚时，日军用数盏探照灯照亮四行仓库，以便炮击。战斗持续一天，守军摧毁日军数辆装甲车。
上海公共租界中的外籍人士不愿战斗地点接近他们。面对日本压力，他们同意劝说中国军队停止作战。10月29日，外籍人士派代表向国民政府递交请愿书，要求以“人道主义原因”停止战斗。10月30日，上海公共租界英军司令少将见国军英勇作战，深受感动，除购赠粮食给八百壮士充饥外，更亲自进入四行仓库会见谢晋元，建议孤军自租界撤出，英国驻上海领事愿给予最大协助，谢回答：“我们军人以服从命令为天职，即使撤走，也得要有我们蒋委员长的命令，否则我们宁愿战死。”后来，各国使节团透过外交关系，正式提出照会，要求国民政府下令撤离孤军，以免日军重炮射入公共租界，危及各国侨民。对于蒋中正来说战斗已经胜利，绝大部分中国军队已经撤离，并重新部署到新位置，战斗已经引起西方世界注意。响应外国租界停火要求，蒋下令撤离。部队在10月31日撤离四行仓库。上海警备司令杨虎受命与英军将领斯马莱特会面，会议决定第五二四团撤至公共租界，与在上海西部战斗的第八十八师汇合。日军指挥官松井石根表示同意并保证允许中国守军撤退，但事后很快反悔。谢晋元希望能继续留守四行仓库，直到战斗至最后一人。最终，张柏亭劝说其同意撤退。10月31日进入孤军营的只有355人。
午夜，11月1日，谢晋元带领376人分小队，分批通过新垃圾桥，撤入公共租界，约十人在撤退中被日军机枪打伤。到凌晨2时，所有守军均完成撤退。11月2日，谢晋元在孤军营接受中外记者采访时，证实“四行堆栈内，除有若干沙袋外，并无如许尸体，我在内士军，共为四百二十名，撤退时为三百七十七人，其中除有十余名已殉难外，余者受伤入医院治疗中”。
