多月，攻势迄开进展。但至10月下旬，淞沪战场形势开始逆转。10月31日，日军突破我左翼方面军大场防线，威胁中央方面军侧背。适于此时吴克仁率六十七军开到战场，经第三战区前敌总司令陈诚拨归右翼方面军张发奎指挥，作为右翼的总预备队，驻军青浦。
11月5日，日军第六、第十八、第一一四等三个师团及第五师团之国崎登旅团在金山卫登陆，获得滩头阵地后即直扑松江。张发奎当即命令吴克仁率六十七军协同四十三军郭汝栋部及松江专员兼保安司令王公玙死守松江三日，以掩护上海守军撤退。6日傍晚，吴克仁率六十七军赶到松江。当时郭汝栋所率四十三军仅存残部五六百人，武器又简陋不堪，而六十七军则军容严整，装备齐全。吴克仁向王公玙了解敌情后，即命令一零八师师长张文清率部防堵城西之敌，一零七师师长金奎壁出新东门迎击北犯之敌。金师出击后，与日军谷寿夫师团先头部队遭遇，杀敌人五六百人，敌被迫后撤。该师三一九旅旅长吴骞负重伤，三二一旅旅长朱之荣光荣牺牲，团、营长亦伤亡多人。7日下午，敌谷寿夫师团大队开到，将金师击溃，直趋苏州河左岸。张文清率一零八师开出城外，敌人崎登旅团即已接近松江城垣，乃令三二二旅旅长刘启文率部占领松江城至石湖荡之线。7日中午，刘旅在三十号桥附近与敌遭遇，刘启文力战阵亡。敌军遂突进到松江城西关大桥附近，与夏树勋三二四旅展开激战。至8日下午，战况愈趋激烈，夏旅伤亡惨重。吴克仁以战况紧急，乃亲自出城督战。坚持到8日半夜，吴克仁以守城任务已经达成，遂与郭汝栋、王公玙商定突围，令六十七军向昆山撤退。9日黄昏，吴克仁在指挥部队渡河时不幸中弹牺牲。时年仅43岁。
注:“八一三”淞沪抗战，吴克仁为了掩护上海守军撤退，率六十七军坚守松江三日，不仅全军为此付出了重大牺牲，本人且以身殉国，其壮烈事迹理应受到褒扬。该军副军长贺奎于事后为吴克仁及各级战死官佐请恤时，军政部竟根据所谓战区情报，诬蔑吴克仁为叛变投敌。六十七军番号亦被撤销，缩编为一零八师，拨归中央军王敬久部。吴克仁将军所受不白之冤，后经旅美报人田雨时先生于1981年撰文报刊，真相乃大白。为了褒奖吴克仁将军的英勇殉国，中华人民共和国民政部于1987年2月，追认吴克仁将军为革命烈士，并向其子女颁发了烈士证书。