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。