1937年卢沟桥事变发生后，日军侵占平津，同时日军又在上海制造事端，蓄意挑起全面侵华战争。1937年8月9日，日军挑起虹桥机场事件。当天，黄梅兴奉张治中命紧急调赴上海，准备应对日军的大举进攻。
岁月轮回，这次上海之行与上次的“一·二八”会战相比，时间已经整整过去了5年，当黄梅兴重新回到了当年的战场时，回忆起往事，心潮难以平静。当他想起那次与第19路军并肩作战，明明取得了胜利，完全可以乘胜追击，但上面却下令停战转移战场，不禁令他费解而又气愤，黄梅兴心里早就有了再斩日寇的想法。
淞沪战役的巷战今天终于又等到报仇雪耻的机会了，黄梅兴拍拍副旅长王长兴的肩膀说：“老弟，这一仗同五年前的仗大不一样了，那时上面打打停停，束缚了手脚。今天，我们可以放手地大干一场了”。
8月12日凌晨，264旅（缺527团）随88师抵达上海南翔车站。黄梅兴立即率部向闸北地区开进，作为88师左翼占领东钱家塘阵地。
13日，黄梅兴指挥527团、528团的炮兵，向江湾路的日军据点开炮。他的命令刚一落音，从四面八方就传来了大炮的轰鸣声，隆隆的炮声响成一片，好似暴风雨前那滚滚的炸雷，震得大地在颤抖。随着一发发炮弹的爆炸声，许多敌据点被炸得千疮百孔。黄梅兴的冲锋命令一下，官兵们冒着密集的弹雨，在街巷中冲杀。当冲到据点前时，鬼子立即不顾一切地从据点里跳出，嚎叫着与中国军队拼刺刀。中国军队在疯狂的敌人面前，表现了大无畏的精神，如猛虎下山直扑敌群，呐喊声如滚滚春雷，像大海怒涛。
日军一批一批倒下去了，而中国军队用的却是人海战术，前面的倒下了，后面的又冲了上来。当一个个小据点被拔掉，就要逼近海军陆战队司令部时，进攻的难度却变得越来越大，敌人的屋前屋后都用钢板挡了起来，发出去的炮弹“咣”、“咣”地响着，不是被弹了回来，就是被弹到别处爆炸了，日军据点内吐出长长的火舌，一批又一批的官兵被机枪击倒。
这时日军军舰上的炮火极为猛烈，朝市区目标发射了上千发炮弹，许多居民住宅和街道房屋燃起大火，彻夜不熄，市民死伤累累。炮声隆隆，硝烟四起，黄梅兴从望远镜里看见大约一个排的穿灰布军装的士兵猫着腰，沿街道两旁的店铺或墙角鱼贯隐蔽前进。突然附近枪声大作，至少半个班的中国士兵被来自马路对面一幢三层青色楼房里的敌人机枪打倒，其余官兵被迫匍匐在地或退回原阵地还击。
黄梅兴对负责进攻那栋建筑物的排长说：“……我命令火力集中掩护，你半小时内必须拿下那幢房子。”
排长领命而去，进攻重新开始。在数挺轻重机枪掩护下，中国士兵又沿着墙根匍匐前进，但是敌人的子弹仿佛全都长了眼睛，枪响人倒，中国军队只好又丢下十多具尸体退了回来。
黄梅兴一言不发，转身命令炮兵参谋：“……叫炮兵营拖一门大炮来，我要打掉那座房子。”但当参谋主任迟疑着提醒他房子里可能有居民时，他犹豫了，这显然是一个令人为难的事实，在人口密集的城市打仗，遭殃的自然都是老百姓。仅仅昨天一天日军炮击上海，中国平民死伤已逾千人。可是眼下如果不打掉敌人这个火力点，不仅进攻会因此受阻，人员伤亡会增加，而且还有被敌人反击包抄的危险。
最后黄梅兴旅长咬咬牙说：“打，尽量打准点”。
在经过几次校射之后目标终于被击中，敌人的房子和火力点一起掀到天上去，中国军队乘胜追击，炸毁敌人一辆装甲车，这时冲锋离虹口公园和敌海军陆战队大楼越来越近了。
激战到下午，第264旅的进攻取得了决定性进展。黄梅兴一面派人向师部报告，一面命令旅司令部迁入毗邻敌人据点的爱国女校（附近一幢小楼里），继续用望远镜观察敌人动静和指挥部队进攻。
在请示孙元良后，黄梅兴指挥部队迅速包围了爱国女子大学，在高大坚固的建筑物面前，黄梅兴命令部队首先进行炮击。
大学内的敌人在强大的攻势面前开始边打边向上海法学院逃窜。第527团3连连长抱着一挺机枪，向逃跑的敌人一阵猛烈地扫射。他摆动着枪身，东扫西点，打得日军鬼哭狼嚎。正当他扫射之际，被飞来的一发子弹击倒，副连长见状，不顾一切跑上去，拿起他手中的机枪，继续扫射。
这时，黄梅兴命令第528团抄近路，拦阻这股敌人。逃窜的日军见身前身后都有中国军队，前进不得，后退不能，便如一群受惊的兔子，东冲西撞。半小时后，这股日军被歼灭。
在爱国女子大学里面，敌人凭借坚固的工事，疯狂还击。第528团冲到这里被猛烈的机枪阻挡。黄梅兴视察完敌情，命令团长方雨章派人用炸药炸据点，以减少不必要的伤亡。方雨章皱着眉说：“没有现成的炸药包，只有几箱零散的炸药。”
“那就赶快组织官兵赶制炸药包。”黄梅兴一边说，一边向他传授制炸药包的方法。他命令士兵从敌人尸体上扒下几条棉裤，扎住两条裤腿，再往里面装上炸药，两头扎得严严实实的，再装上导火管。不出一个小时，十几个炸药包就做好了。在机枪火力掩护下，士兵们手抱着炸药包，向敌人的据点冲去，紧接着便传来一阵阵爆炸声，敌人的据点一个个飞上了天。官兵们随之开始向爱国女子大学发起冲锋，喊杀声阵阵，中国士兵和日本士兵扭打在一起，最终这一小股敌人被消灭。
但就在这时，一件让人意想不到的事情发生了。当黄梅兴使用的德国产高倍望远镜迎着阳光观察敌人阵地时，他的望远镜反光不幸被设在楼顶严密监视中国军队动向的日军观察哨发现。精明的日本人从不放弃一切克敌制胜的机会，他们在军事教科书中同样写有“擒贼先擒王”的战术原则。他们除了修筑坚固工事与中国军队展开逐房逐地的激烈争夺外，还不失时机地调动优势炮火集中轰击对方一切重要和可疑目标。日本人仅仅通过那个小小的闪烁不定的玻璃片反光就判断出对面那幢房子里一定隐藏着中国军队的指挥部。于是过了几分钟，第一发试探的重迫击炮弹就擦着屋顶落在房子后面的空地上爆炸。半分钟后，一阵齐射的炮弹带着与空气摩擦的令人心悸的尖啸，仿佛冰雹一般劈头盖脸地砸下来，猛烈的气浪掀翻屋顶，巨大的烟尘笼罩了楼房。待到炮火打击终于停止，空气中可怕的震颤渐渐平息下来之后，人们愕然看到，在已经西斜的中国南方盛夏阳光的照耀下，在黄浦江衅一条以繁华著称的马路旁，那幢遭到厄运的淡黄色小楼已不复存在，代之以一堆冒着黑烟的断壁残垣和坟场般静寂的瓦砾废墟。
黄梅兴倒在血泊中，不幸阵亡殉国。
