面对战局的严酷，杨森咬牙切齿：“弟兄们的血海深仇，不能不报!20军的防地，断不容失!”他奋袂而起，亲自带着作为后备队的两个旅，用最快的速度，赶往增援。当他赶往顿悟寺附近，前线已呈不支。幸存的官兵们见军长杨森亲率大军赶到，欢声雷动，转身一个猛扑，以雷霆万钧之势将顽敌的凶焰霎时间扑灭无遗，几次冲锋，敌人之势已如强弩之末，于是他们急急后退，一连让出几道防线，这便是20军用血肉之躯换来的顿悟寺之捷。

杨森二十军官兵，与日军激战五天三昼夜，杀伤敌人大量有生力量，致使敌军终未能攻破大场。到第四天，20军阵地由友军接防。杨部奉命开赴苏州、常熟—线，掩护上海军民转移。在辛庄至常熟附近一线阵地上，杨部与在飞机掩护下的日军步兵激战两昼夜，完成了掩护任务。20军在此战中伤亡团长，营长，连排长等军官200多名，士兵7000余人。20军部队撤到南京，杨森刚到鼓楼街,20军驻京办事处休息，蒋介石立即召见。杨森语气沉重、有些悲怆地说：“委员长!我20军经过40多天的急行军，以疲惫之师、落后的武器装备，迎战装备精良、以逸待劳的凶残日军。我军经过5个昼夜的死战，不但守住自己阵地，还把友军所失阵地从日本人军手中夺了回来!只是，我的20军打得只剩下5000多人了……”蒋介石沉默一阵，对杨森说：“你的部队在上海打得很好!第一批从国外运回的枪械到了，优先给你补充，此次淞沪会战，20军作战英勇，特颁奖金三万元。你部现调往安庆补充兵员并作休整!”

在回忆起20军淞沪大战中的情形时，杨森曾用了一句当年中外报纸纷纷以大字标题赞扬的话来形容：“20军屹立如山!”他说，“20军屹立如山，使我付出了生平最大的代价，半生心血，一手训练，和我相亲相爱，如手如足的弟兄，20军三个师开上前线，到顾总司令下令后撤南翔整补的时候，零零落落，七拼八凑，只剩下了一旅之众。”在晚年总结这场淞沪战役中20军的作战时，杨森对自己的20军有这样的评价：“当时友军已自第一道防线后撤，日军挟幸余势，企图一举突破我们的第二道防线，溯江直上攻打首都南京。他们没想到突然间挺上来一支援军，而这支援军跟他们以往交手的军队颇不相同。我军短小精悍，动作灵活，尤其我那支部队在四川可以说是身经百战的精粹，作战经验比日本人丰富得多，每一个士兵都有单独应战的能力，指挥官的调度更是机动灵活。还有，20军最大的特色是不怕死，不后退，何况这一次又补充了不少的武器弹药。部队里有一句谚语，说是“新兵怕大炮，老兵怕机关枪。”我那些兵不但连机关枪都不怕，而且因为过去打仗从来没有看见过这些好武器，今日一见，头一个念头就是把它拿过来。因此常常会有若干人一涌而出，前赴后继，硬是用刺刀枪托，把日本人机关枪倒曳拖回阵的精彩演出，再则日本人装备多，负担重，训练的动作过于呆板，我们20军事翻山越岭、涉水度日惯了的，最是我们人人经过长期体育训练，那边一吹冲锋号，日军刚刚爬出战壕不远，这头早已跑百米，三级跳的赶了去，刀砍枪挑，杀得日本人跑都跑不掉。”