1937年11月，南明国民革命军在淞沪会战中失利，上海被日本占领后，日军趁势分三路急向南京进犯。南明方面就此开始准备在上海以西仅300余公里的首都南京的保卫作战，由于下达撤退命令过于仓促，后方国防工事交接发生失误，随着日军轰炸机的大范围轰炸，撤退演变为大溃败，虽然锡澄线上的江阴保卫战对阻击日军海军逆江而上进犯内地有重要意义，但南部无锡的快速陷落使锡澄国防线基本没有发挥作用，使北路日军主力一路顺利到达南京。

    12月1日，日军攻占江阴要塞，同日，日军下达进攻南京的作战命令，南京保卫战开始。蒋中正任唐生智为南京卫戍部队司令长官，指挥8.1万南明国民革命军抵抗作战。

    南京背对长江，日军可以在北面用军舰封锁，炮击。在地面上从芜湖突进的日军已经从西面包抄上来切断了南京与后方的联系。东面和南面也被日军合围。南京已经成为了一座死城。

    南京保卫战打响后，南明国民革命军先后调集了15个师不足十万人参与南京守城战。然而此时参与南京作战的国军各部队不管是兵员素质还是士气已与淞沪会战之时不能相提并论，部队战斗力严重下滑。

    南京南明国民革命军卫戍部队包括，第2军团徐源泉第41师，第48师。第66军叶肇第159师，第160师。第71军王敬久第87师，第72军孙元良第88师，第74军俞济时第51师，第58师。第78军宋希濂第36师，第83军邓龙光第154师，第156师。教导总队桂永清，第103师，第112师等14个师。宪兵司令萧山令的2个宪兵团。炮兵第8团1营，炮10团1营，轻战车10辆，城防通信营，防空司令部27门高射炮，特务队。参战的部队基本上全部都是淞沪大战的战场上，撤退下来的部队。说白了，全都是残破部队，南京的14个师南明国民革命军实际上只有8.1万人，其中还有3万人是临时拉的壮丁，全然没有受过任何训练。而且火力贫弱，实力上根本无法阻挡日军重集团一击。

    南京的环形阵地是南京警备司令部修建的，但是设计者缺乏现代战争的经验，工事的位置不隐蔽，不大注意斜射和侧射以及纵深。大多在高处的山顶和陵线等位置设置，而且枪眼做的也太大。很容易被炮火摧毁和突破。南明国民革命军的部署是，第74军防御牛首山，第88师防御雨花台，第87师防御江南铁路以北，教导总队防御紫金山，第2军团防御乌龙山，第36师防御幕府山，第66军防御大水关，第83军和第36师1个团在青龙山，龙王山掩护。镇江的第103，112师向南京增援。

    从12月1日开始，日军持续轰炸南京城，将中华门，水西门附近炸的没有1座完整的房屋和街道。12月4日在句容以东40里的地方，在江南灰色阴沉的冬日中，日军便衣侦察队与南明军前哨部队发生了短暂的交火，南京作战外围战从此开始了。12月5日，日军的各个小部队开始从间隙穿插与国军第66军发生交战，在几处阵地上甚至出现国军全部打光的壮烈场景。

    日军在东面沿着太湖前进的是鸠彦王的上海派遣军第3师团，第9师团，第13师团和第16师团，第11师团第10旅团。从南面进发的是柳川平助中将的第10军的第8师团，第114师团，第6师团，第5师团第9旅团。日军参战的有6个师团，1个旅团，独立2个野战重炮旅团另3个野战重炮，攻城重炮兵联队，7个攻城重炮兵大队，1个重型臼炮大队，1个重炮中队，16个高射炮队和3个后备山炮队，21个独立汽车队及其他支援部队。

    30万日军携带着包括240毫米榴弹炮，150毫米加农炮等重炮在内的大炮高射炮超过700门，速射炮，步兵炮，迫击炮和掷弹筒超过2000门以及300辆战车装甲车。以绝对优势从三面向南京的数万国军残破部队直压下来。

    南明军队在南京保卫战中的抵抗是激烈的，表现是英勇的。在淳化镇、光华门、杨坊山、紫金山、中华门、赛公桥、雨花台等地南明军队与日军发生过激烈交战。以淳化镇为例，当时驻守南京东南淳化、方山一带的是王耀武第51师，自12月5日起，携优势炮火的日军114师团，对防守淳化镇的51师的正面阵地则以飞机炮火连日轰炸。其步兵又复猛烈攻击，战况异常惨烈。从5日到7日51师官兵伤亡达九百余人，但士气依然旺盛，阵地也很稳固。日军猛攻淳化十多次而未得逞。8日早晨，日军又增加了两千多人，大炮十余门，其正面部队在飞机、炮兵、坦克车掩护下向淳化猛攻。51师守军奋勇抗战，杀敌甚多，阵地屡失屡得，伤亡甚大，301团代团长纪鸿儒负重伤，连长伤亡9员，排长以下伤亡1400余人。305团团长张灵甫负伤，连长伤亡5员，排长以下伤亡600余名。由于没有后援兵力，该镇于午后4时失守。

    南京保卫战开始后，日军三路进攻势如破竹，南京外围战略要地相继失陷。很快日军就突破南京外围一线防御阵地。12月9日，日军进抵南京城下，并用飞机向城中投撒日“华中方面军”司令官松井石根致南明守军的最后通牒，进行劝降。南京卫戍司令唐生智对松井的最后通牒不予理睬，并于当日下达了“卫参作字第36号”命令作为回答。内容为：“本军目下占领复廓阵地为固守南京之最后战斗，各部队应以与阵地共存亡之决心尽力固守，决不许轻弃寸土、摇动全军，若有不遵命令擅自后移，定遵委座命令，按连坐法从严办理。各军所得船只，一律缴交运输司令部保管，不准私自扣留，着派第78军军长宋希濂负责指挥。沿江宪、警严禁部队散兵私自乘船渡江，违者即行拘捕严办。倘敢抗拒，以武力制止。”企图以“破釜沉舟”的精神背水死战。

    1937年12月10日，日军见南明军队拒绝投降，遂向雨花台、通济门、光华门、紫金山第3峰等阵地发起全面进攻，战况较9日更为激烈。特别是城东南方面，因复廓阵地已基本丧失，日军直接进攻城垣，所以形势尤为严峻。卫戍司令部急令第83军的第156师增援光华门、通济门城垣的守备，并于城内各要点赶筑准备巷战的预备工事，同时将第66军由大水关、燕子矶调入城内，部署于中山门及玄武门内构筑工事，准备巷战；另以刚刚由镇江撤入南京城内的第103师及第112师由教导总队总队长桂永清指挥，负责中山门附近城垣及紫金山阵地的守备。当夜，第156师选派小分队坠城而下，将潜伏城门洞中的少数日军全部歼灭。雨花台方面，日军2个师团主力和步、炮、坦克及航空兵协同攻击，将第88师右翼第一线阵地全部摧毁。残部退守第二线阵地。当晚，日军第18师团占领了芜湖。12月11日，日军第16师团猛攻紫金山南北的南明军队阵地。紫金山及其以南地区，教导总队坚决抗击。激战终日，日军毫无进展，惟其右翼部队攻占了第2军团防守的杨坊山、银孔山阵地，进至尧化门附近。日“上海派遣军”为使其第16师团进攻容易及适时切断守军的东退道路，又从正在镇江等船渡江的第13师团中调山田支队（第13师团兵步第103旅团长山田指挥的步兵3个大队、山炮兵1个大队），从第16师团右翼加入战斗，向乌龙山、幕府山炮台进攻。日军第10军的第114师团及第6师团主力继续攻击雨花台。第88师的第二线阵地又被摧毁，守军被迫据守核心阵地。日军第114师团右翼部队开始攻击中华门，城门被炮火击毁。少数日军一度突入城内，但被第88师据守城垣的部队歼灭。日军第6师团左翼部队之一部沿长江东岸北进，在介石河击退宪兵教导2团的1个营，占领了水西门外的棉花堤阵地。日军国崎支队在当涂北慈湖附近渡过长江，沿西岸北进，向浦口运动。占领芜湖的日军第18师团因转用于杭州方面，不再参加进攻南京的作战。

    南京保卫战期间，蒋中正所在的武汉大本营对南京的战况也极为关注，每日均有询问及指示的电报，当蒋介石发现撤至南京部队的战斗力及士气已远不如淞沪作战，南京外围主阵地带仅防守两三天即告失守，而复廓阵地立足未稳即在主要方向上又被敌突破、迫逼城垣时深感形势严峻；当得知当涂附近已有日军渡江时，更感局势危急。为避免南京守军被敌围歼，蒋介石于11日中午考虑令南京守军撤退，遂令时在江北的顾祝同以电话转告南京卫戍司令唐生智。顾要唐当晚渡江北上，令守军相机突围。唐生智由于自己曾力主固守，若突然先行撤走，怕今后责任难负，因而要求必须先向守军将领传达清楚最高统帅的意图后方能撤离。当晚，蒋介石致电唐生智：“如情势不能久持时，可相机撤退，以图整理而期反攻。”唐生智于当夜与罗卓英、刘兴两副司令长官及周参谋长研究后，决定于14日夜开始撤退。遂于12日凌晨2时许召集参谋人员制订撤退计划及命令。