可是经历过淞沪会战惨败和巨大损失之后，这时的国民政府内部却还在对守或弃南京存在分歧。
最终决定防守时，仓促之下已经没有时间充分规划和布置防御准备。
国民政府任命唐生智为南京卫戍司令长官，集结了约十五万兵力，包含第八十八师、八十七师等中央军精锐，还有教导总队 。
但这些部队大多刚从淞沪战场撤下，已疲惫不堪且减员严重。
同时紧急构筑的防御工事，也因时间仓促，防御体系并不完备，破绽百出。
大败之后的军心动摇，以及防御不充分，不坚决，这给后续南京沦陷埋下了巨大隐患。
1937年12月4日起，日军先头部队开始接触南京外围防线。
在句容、溧水等地，中国军队奋起抵抗，不过在日军机械化部队、优势炮火的猛攻下，防线逐步被突破，外围阵地相继失守，战线一步步退向南京城。
像淳化镇之战，中国守军面对日军重炮和飞机轰炸，依然顽强苦战，给予日军一定杀伤，可就是在日军强大的火炮和飞机轰炸之下，只能无奈后撤。
到12月10日，日军就已经迅速攻至南京城垣，展开大规模攻城作战。
中华门、光华门、中山门等多处城门成为激战焦点。
日军用火炮轻易就轰塌了城墙，随后发起冲锋，中国军人拼死堵缺口，为了不让日军的火炮发挥出作用，中国军兵们就贴近了与日军近身作战，展开惨烈的白刃战。
其中尤以光华门战斗最为激烈，日军一度突入城内，又被守军逆袭夺回。
在巨大的火力差距下，南京军兵依然给日军造成了重大伤亡，但付出的代价却比日军更加惨重。
到12月13日时，已经知晓南京守不住的唐生智，却在没有预留足够时间疏散南京百姓下，突然下达撤退命令。
且安排混乱，各部队收到通知时间不一，不少部队在无组织状态下争路而逃，大量士兵涌向江边，却缺少足够船只渡江，许多人溺亡，还有部分滞留士兵被日军俘虏。
在如此混乱之下的撤退最终变成了溃逃，南京最终在唐生智下达撤退命令的当天沦陷。