駐守四行倉庫的部隊，以第七十二軍第八十八師第五二四團第一營為基幹，配屬必要特種部隊，組成一個加強營由三個步兵連和一個機槍連組成，共414人。由中校團附謝晉元、少校團附上官志標（另一說時任一連連長），和少校營長楊瑞符率領。524團時任團長是韓憲元，廣東文昌人，黃埔三步兵科畢業，四行倉庫保衛戰時，韓憲元帶著除1營外的該團大部分部隊在蘇州河南岸。10月26日晚10點，駐紮與上海北站的第五二四團接到命令要求撤回位於四行倉庫的師部。第一營營長楊瑞符面對這條要求其撤出已堅守兩個多月的陣地的命令一開始難以接受，但在得知孫元良是讓第一營防守四行倉庫後便同意撤退。

四行倉庫是一座25米高之混凝土建築，原是金城、中南、大陸、鹽業4間銀行合資的四行儲蓄會建設之倉庫。位於上海閘北區蘇州河西岸一座混凝土建築，位於新垃圾橋（今西藏北路橋）西北沿；建於1931年，占地0.3公頃，建築面積2萬平方米，屋寬64米、深54米，是該地區最高建築。所以稱為「四行」，因為是四間銀行共同出資建設；由於先前是第八十八師師部，因此倉庫中貯存大量食物、救護用品及彈藥。

四行倉庫的守軍，從10月27日開始進行孤軍抵抗。謝晉元將一連沿西藏路部署在四行倉庫右翼，三連在左翼交通銀行倉庫大樓對面，二連在中央擔任四行倉庫外圍之守備。機槍連除以兩挺布置在樓頂擔任防空其餘分配一、三兩連完成全營火力網的編成。蘇州河北路有原為防禦租界內歐美軍隊的防禦工事，但工事的槍眼是向現在中國守軍方向開的。為了防止日軍利用，中國守軍便在其中埋下炸藥，後日軍進入其中，中國守軍引爆炸藥而對日軍造成傷亡。

四行倉庫的位置及建築結構對守軍相當有利。四行倉庫臨近上海公共租界，日軍不敢用海軍炮火攻擊。他們怕炮彈落入公共租界內，因為日本此時尚不願意同歐美開戰。日軍也不敢像在上海其他地方那樣使用芥子毒氣，因為這將暴露在全世界面前。

這期間上海商會得到中國守軍仍在閘北消息後相當激動，消息很快通過電台傳遍全城。「八百壯士」英勇精神，大大激勵全國軍民抗日鬥志，大批上海市民在雨中聚集在蘇州河南岸，為守軍吶喊助威。上海市民向守軍捐獻十多卡車給養。卡車於夜間抵達四行倉庫附近，守軍用沙袋築牆到卡車旁，將給養拖至倉庫。搬運給養用了四個小時，在此期間三名守軍陣亡。守軍收到了食物、水果、衣物、器具和市民的慰問信。一隊記者也來到了四行倉庫，但由於謝晉元與楊瑞符因事繁忙，由機槍連雷連長代為接見。

上海商會決定向守軍送一面中華民國國旗。中國整編部隊當時沒有攜帶國旗和軍旗，當楊惠敏將國旗送入四行倉庫時由最高指揮官謝晉元親自接旗。當楊惠敏問及守軍的作戰計劃時，守軍回答誓死保衛四行倉庫。楊惠敏十分感動並向謝晉元索取所有守軍的名冊，並將其通告全國。

但為了迷惑日軍同時又不使楊惠敏失望，謝晉元讓人根據原五二四團的名冊偽造了一份800人的名單。謝晉元鼓舞士兵說，我跟你們一起死在四行倉庫；他囑咐出外就醫之士兵，「有人問四行倉庫有多少人，你們就說有800人，決不可說只有一營人，以免敵人知道我們人數少而更加兇橫」。這就是「八百壯士」的由來。

10月29日早上，上海市民發現四行倉庫樓頂升起一面中華民國國旗。由於楊惠敏只帶來了國旗但倉庫內沒有旗杆，因此守軍用竹子和草繩臨時製作了旗杆。守軍中只有一小部分人參加了升旗儀式。而蘇州河對岸聚集的群眾據說超過三萬人，歡呼「中華民國萬歲！」。日軍開始對中華民國國旗發動空襲。由於防空炮火密集，同時顧忌誤傷公共租界，日軍飛機沒能摧毀中國國旗就撤退了。

由於上海公共租界中的外籍人士不願戰鬥地點接近他們。面對日本壓力，他們同意勸說中國軍隊停止作戰。10月29日，外籍人士派代表向國民政府遞交請願書，要求以「人道主義原因」停止戰鬥。

對於蔣中正來說戰鬥已經勝利，絕大部分中國軍隊已經撤離，並重新部署到新位置，戰鬥已經引起西方世界注意。響應外國租界停火要求，蔣下令撤離。部隊在10月31日撤離四行倉庫。上海警備司令楊虎受命與英軍將軍斯馬萊特會面，會議決定第五二四團撤至公共租界，與在上海西部戰鬥的第八十八師匯合。

午夜，11月1日，謝晉元帶領376人分小隊，分批通過新垃圾橋，撤入公共租界，約十人在撤退中被日軍機槍打傷。到凌晨2時，所有守軍均完成撤退。11月2日，謝晉元在孤軍營接受中外記者採訪時，證實「四行堆疊內，除有若干沙袋外，並無如許屍體，我在內士軍，共為四百二十名，撤退時為三百七十七人，其中除有十餘名已殉難外，余者受傷入醫院治療中」。

部隊撤退後隨即宣布與第八十八師匯合，但馬上被租界內的英軍攔截沒收武器並限制自由。部隊馬上被繳械，後被軟禁近4年。這是因為日軍威脅：如果讓他們離開就要入侵租界。他們被送至公共租界西部義大利防區的膠州路進行隔離。

蔣中正提升了所有參加保衛戰的軍人的軍階（各晉一級），並授予謝晉元與楊瑞符青天白日勳章。

在他們被軟禁期間，上海市民經常探訪他們並進行文娛表演。軍官為士兵開設了多種課程如，外語、數學，基督教神學。

歷史影響：

淞滬會戰中方雖然失敗，並損失國民革命軍近三分之一精銳部隊，但它鼓舞中國軍民的士氣，並向外界傳達中國積極抗戰決心。媒體用「八百壯士」來稱呼這414名守軍，同時《八百壯士歌》被創作出來以激勵軍民抵抗日本侵略。《八百壯士歌》在抗戰中唱8年，雖然四行倉庫保衛戰最終並未促使九國公約會議制裁日本。但蔣中正期盼的外國援助卻毫無進展，歐洲各國除了對日本提出譴責外沒有任何實際行動。只有德國和蘇聯在二戰歐洲部分爆發前援助過中國，而德國迫於日本壓力於1938年結束了對華援助。

而八百壯士守軍在「孤軍營」中被羈押三年多。1941年4月24日謝晉元被遭收買的下士郝鼎誠四人暗殺身亡。日本偷襲珍珠港後，日軍占領上海公共租界，並俘獲這些士兵。他們分別被遣送至杭州、南京孝陵衛及光華門做苦役，還有一部分留在南京老虎橋監獄拘押。部分被送至孝陵衛及光華門的士兵於1942年11月逃脫，其中一部分在重慶重新歸隊，另一部分就近參加游擊隊。另外三十六名官兵被押至紐幾內亞作苦工。