英美两个列强对于上海战事的态度，早已让国民政府高层失望透顶。
尽管如此，但国民政府愈挫愈勇，仍然没有放弃谋求国际干涉的愿望，这是一种弱国心态，当然也是一种不得已而为之的选择。
在这个时候，国民政府首先与苏联签订互不侵犯条约。苏中两国在日本问题上有共同利益与敌对态度，国民政府原本希望签订互助条约以牵制日本。但是，苏联对此并不感兴趣。尽管日苏之间矛盾重重、相互戒备，然而国家利益至上，苏联认为德国的威胁才是真正的危险，对德防卫才是主要方向，而对日防卫仅仅是次要方向。苏联不想引起日本的反感与对立，更不想因此惹火上身，牺牲自己在远东的利益。苏联提出签订互不侵犯条约，并以援助军用物资为条件。
然而，因为意识形态的对立，苏联与欧美大国之间的关系问题变得更加诡异，即使是在共同的利益面前，相互关系仍然十分复杂。中苏互不侵犯条约的签订，在一定程度上讲，对中国是一个有利的外部因素，因为苏联与西方意识形态上的对立，但是对中国争取英美的支持来讲却又是不利的。一想到这个问题，蒋介石委员长头都变大了，同时，他一样对苏联有所戒备，他还在国民政府高层会议上强调：“苏俄之外交诡诈无比，如苏俄先与我订立互不侵犯条约，借以威胁倭寇，亦要求倭寇订立互不侵犯条约，而作固守中立之计，此亦不可注意也”。但是，中国需要苏联的物资援助，与苏联签订互不侵犯条约势在必行。实际上，这个条约早在民国二十五年签订，只是在北平事件爆发后予以公布。
对于国联，尽管国民政府高层明明知道国联不会有什么实质性地行动，但是争取仍然是一种渺茫的希望。即使是渺茫的希望也要争取，犹如一根救命的稻草。八月二十日，国民党中央政治委员会向国防最高会议表示：“在战争期间，国际间之助力无论如何微小，均有一顾价值，而况国际联盟会员60余国，其必理上之同情与精神上之援助，其为量亦正不可忽视。”
因此，八月三十日，国民政府向国联秘书处递交照会，将日方历次挑衅与罪行情形，及我国爱护和平与最后不得已实行自卫之苦衷，向国联提出正式声明。然而，就在国联会议审议中国申诉期间，日本对南京、广州等中国不设防城市进行了大规模轰炸，激起世界舆论的强烈反对。
九月二十日，日本海军第三舰队司令长谷清川通告各国驻华使节，日本空军将轰炸南京，限各国官兵离开南京，遭遇苏联、英国、法国等国家强烈抗议。
当然，国民政府外交斡旋并非没有作用，最起码国民政府的外交让世界列强不断加深了对日本的认识，同样也对国民政府予以同情。随着时间的推移，日本的肆无忌惮破坏国际秩序，也让英美态度慢慢有所改变，戒备防范之心日益严重。
摄影记者王小亭记录上海南站被日军轰炸这一场景的16mm黑白胶片，后来被送上美军军舰到达马尼拉，然后又被送往美国。九月十五日起，这段影片就以新闻片的方式在美国放映，引起了巨大反响。同时，各大报纸截取了那个满身鲜血的中国幼儿坐着嚎哭的那一帧照片，命名为《中国娃娃》，报导日军轰炸平民。这张图片，满目疮痍的车站，满身鲜血的幼儿，让世界看到了日军在中国的暴行，引起了巨大轰动，这是出乎王小亭意料的一件事情。正是这张照片，引发了西方的广泛关注和强烈反应，也悄然改变着西方世界。
十月四日，美国最有影响力的期刊《生活》周刊用整整两页的篇幅刊出了上海南站被炸事件，《中国娃娃》这张照片，照片来自王小亭拍摄胶片中截取的一帧。此外，还有其他媒体拍摄的救援人员包扎的照片。但是《中国娃娃》这张照片，揭开了日本侵略引发重大人道主义灾难的冰山一角，受到了广泛关注，新闻阅读和关注人员达到一亿三千六百万人之巨，引起了空前的反响。这一张照片不仅震惊了美国，甚至震惊了全世界。
此前，对日本侵华漠不关心的西方各国瞬间转变了态度，纷纷谴责日军，并对中国人民的遭遇表示同情。美国总统罗斯福看到这一则新闻报导和图片后，在舆论大势之下立即对日本的暴行提出了抗议。
十月五日，美国总统罗斯福在孤立主义势力中心芝加哥发表“隔离演说”，宣称：“爱好和平的国家一致努力反对违反条约和无视人性的行为。防止国际间之侵略，尤应认为有无上之必要。不遵法律，犹疫访也，蔓延全世，有加无已，事殊不幸。当疫病方兴之际，社会人士固知赞同隅绝病人，以保护公共卫生，不受其传染。余决以和平政策为主旨，并采取适当措施，以免牵入战争之游祸。”
在美国总统罗斯福发表演说的第二天，美国国务院发表声明：“美国已不得不承认日本在中国之行动，不合国际关系之原则，并违背九国公约与凯洛公约（非战公约）之规定。”至此，美国正式宣布日本为侵略国。
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