刘轩就任第十八军第三师师长后，对部队进行极为严厉的训练，无论是谁，上厕所，吃饭，睡觉，都要枪不离身，装备都不许卸下，违者送军法处。
第三师全体士兵扩充为18000人，全体装备德械。刘轩充分分配，实行分配制，按照德国陆军装备分配武器，使第三师俨然是中国军队的异类存在。
1937年七月七日，卢沟桥事变爆发，日军全面侵华。全国各地开始全面抗日。陈诚手下的第十一军和第十八军是国民党部队内，抗战最为积极的。刘轩也加紧训练，和对战况了解。淞沪会战又称八一三战役，日本称为第二次上海事变，是中日双方在抗日战争中的第一场大型会战整个中日战争中进行的规模最大、战斗最惨烈的一场战役。会战开始于1937年8月13日，是卢沟桥事变后，蒋介石为了把日军由北向南的入侵方向引导改变为由东向西，以利于长期作战，而在上海采取主动反击的战役。
刘轩主动请战。陈诚任左翼军总司令，他将第十八军编入第十五集团军。刘轩立刻率部赶往左翼军第十五集团军的主要战场——罗店。罗卓英时任第十八军军长，第十五集团军总司令，他召开会议。
“现在，日军开始全面侵华，十分可恨，淞沪会战，欺我中华无人！我们此次，定要击败日军，给予他们沉重一击！”罗卓英先诉说了一番。接下来进行部署。“刘轩，你的第三师防御双龙墩、沈家桥一带。务必拖住日军两个月！绝对不能失守！”罗卓英将这个重担放在刘轩身上。刘轩敬礼，铿锵有力的说：“人在，阵地在，定坚守到最后一人，流尽最后一滴血！”
刘轩立刻率部到达阵地布防。刘轩命令营级军官到指挥所开会。“三四五旅和第二炮兵营负责双龙墩阵地，一五八旅和第一炮兵营负责沈家桥阵地，辎重营，师部营，工兵营全员配备步枪，每人七百发子弹，十颗手榴弹，工兵营十挺轻机关枪，辎重营十挺重机枪，两个炮兵营各多三门105毫米加农炮。师部营进入战斗状态。记住，人在阵地在，坚守到最后一人，流尽最后一滴血，拼尽最后一丝力气！”“是！不负期望！”众军官一齐答道。
日军开始进攻。刘轩亲临阵地。双龙墩和沈家桥中间有一块缓冲阵地，刘轩带着师部营和一个炮兵营坚守这里。日军从对面的河渡过。刘轩用望远镜观察，嘴角有了一丝弧度。“徐应，立刻把让大家把枪对准河中间，等日军渡到一半时，全体开枪！”刘轩命令道。“是！快！”徐应安排道。对面是日军的一个大队，大队长中桥刚刚晋升为少佐。他命令三百步兵先渡河过去，主力掩护。刘轩摸黑拿着枪用准镜瞄准一个中队长，“砰”的一声，那个中队长脑子蹦出血蓬。国军开始开枪，渡到一半的日军连忙往回逃，但是国军火力越来越密集，再加上水的干扰，一个小队多的日军全都倒在血泊之中，血染红了河水。枪声停了以后，刘轩越发觉得不对劲，用望远镜观察，只见一个军衔不低的人再命令什么，刘轩又朝别处看了看，突然刘轩看到了一个绿色的圆筒，刘轩大惊，急忙说：“快，后撤三百米！快！”大家没见过刘轩如此惊慌过，急忙后撤。三分钟不到，“轰”的炮声在士兵周围响彻。经过几轮炮击后，炮声渐渐停止了。一会，徐应略带愁容的说：“阵亡四人，轻伤十五人，重伤九人。”刘轩叹道：“我失误了，没想到日军居然会在没有照明弹的辅助下开炮！先将伤兵送上去。”
刘轩又命令回到前面。中桥自认为对面的中国军队已经被歼灭了，让全体士兵渡河。刘轩将炮口对准已经渡河和正在渡河的日军。刘轩瞄准着中桥的头，“砰”的一声，可能是太黑了，刘轩并没有一枪毙命，子弹并没有深入脑内，中桥的额头被子弹射中，子弹没有全部深入，斜入大脑。国军炮声隆隆，这些日军慌忙逃命，顾不上中桥，已经上岸的日军被全部击毙，经过半小时的炮击和猛攻，一个大队的日军已经阵亡大部，只剩余一些残兵在负隅顽抗。刘轩等待这些日军探头。一会，一个日军探出了头，刘轩一扣扳机，血花迸出。一个多小时后，只剩下三个日军，因为天太过和距离过远，被逃脱了。
“报告，双龙墩的林旅长电报，说双龙墩突遇日军坦克，请求支援。”徐应交给刘轩一封电报。刘轩一看，说：“什么，快，到双龙墩，这里你们给我守好了，千万不能丢了！”“是！”刘轩火速赶到双龙墩。