11月8日晚，蒋介石召开最后一次高级幕僚会议，唐生智仍坚持固守南京。蒋介石问：“谁负责固守南京为好？”
在场者都默不作声，最后唐生智站起来说：“委员长，若没有别人负责，我愿意勉为其难，我一定坚决死守，与南京城共存亡！”
蒋高兴地说：“很好，就由孟潇负责。”蒋又转过脸去望着何应饮说：“就这么办，有什么要准备的，马上办，可让孟潇先行视事，命令随即发表。”
蒋介石又问：“由谁辅助孟潇守南京。”
唐生智道：“我提议罗卓英和刘兴。”
蒋介石说：“很好，那就是罗卓英和刘兴好了。”
会后，蒋介石委唐生智为南京卫戍司令长官，罗卓英、刘兴为副司令长官。唐生智找蒋介石说：“既然由我守卫南京，我就抱定必死决心，与日军一战，决不搪塞了事，现在南京只有3个师，兵力远远不够，我希望至少有10万大军。”
蒋介石说：“行，再给你6个军。”
蒋介石命令唐生智固守南京后，又于11月20日宣布迁都四川重庆，表示要长期抗战。是时，日本空军已对南京多次空袭，其中有两次轰炸了飞机场。所有中央机关各部门都纷纷迁往武汉，只有很少的人留在南京。蒋介石为了同德国驻华大使陶德曼进行谈判，冒着危险留在南京。他躲避到中山陵山下树林荫蔽的“四方城”的一幢极小的两间房子里。
德国与日本、意大利结成反共同盟，它不仅公开支持日本的侵华战争，现在又极力劝诱和压迫国民党政府向日本投降。陶德曼向蒋介石转达日本所提出的7项停战条件，即：
（1）承认伪满、内蒙独立。
（2）扩大“何梅协定”，划华北为不驻兵区域。
（3）扩大“淞沪协定”，设非武装区域，上海国际共管。
（4）中、日共同防共。
（5）中、日经济合作，减低日货进口关税。
（6）根绝反日运动。
（7）尊重外国人在华权利。
蒋介石不敢全部接受，他对陶德曼说：“中国如同意日本的要求，国民政府将会被舆论浪潮所冲倒。我只接受‘卢沟桥事变’前的状态。假定国民政府因日本采取的政策而倾倒了，则结果是共产党在中国占优势。”
蒋要求陶德曼对谈判的一切都不要公布。陶德曼表示：
“我仅仅是极秘密地通知中国政府。”
日军逼近南京，再次让陶德曼出面诱逼蒋介石。蒋氏面对全国人民抗日情绪高涨的情况，不敢轻易拍板，便于12月2日召集军事长官会议，白崇禧、唐生智、顾祝同、徐永昌等人表示可以接受日本提出的条件。蒋又电商阎锡山，阎也表示赞同。于是，蒋介石便与陶德曼继续会谈，蒋氏表示：“中国政府愿以日本所提出的各点作为谈判基础。”
不料，日寇在战场上处处得手后，在原7项条件外，又增加了4项“亡人之国的新条件”，其中包括日军要在占领地域内建立伪政权和中国对日给予战争赔款等内容的苛刻条款。蒋介石这才明白，此时求和，无异灭亡，不仅外侮难堪，而内乱益甚，他若妥协，就会被舆论浪潮所冲倒。他遂表示：
“倭所提条件如此苛刻，决无接受余地。”
蒋又作出抗战姿态，于12月4日晚召集守卫南京部队师以上高级将领会议，作临别训话：
“抗战5个月来，虽然军事上是暂时的失败了，丧失了许多地方，但也给了日军以相当大的打击，使日军不能达到它速战速决的目的；也正由于我全体将士英勇抗战，获得了世界上越来越多的国家的同情和支持。南京是我国的首都，又是总理陵墓所在地，为国际观瞻所系，所以必须固守。守卫南京是一个伟大而光荣的任务，大家要在唐司令长官指挥下，同心同德，抱定不成功即成仁的决心，克尽军人守土卫国的神圣职责。现云南部队3个师，装备齐全，兵力充足，又有作战经验，不久就可到达武汉。我将率领这支部队从皖南方面来解南京之围。”
蒋介石于12月6日在宋美龄和端纳陪同下，在外国记者招待会上说：“南京危急！保卫南京的战事已经部署完成！”他声色俱厉，振臂高呼：“我庆幸有个忠心耿耿、自告奋勇守卫南京的大将唐生智，唐将军同进犯南京的日军拼命！”
蒋介石从记者招待会来到唐生智司令部，对守城将领们说：“国家兴亡，匹夫有责！何况我是军委会负责人！你们不要听信谣言，说中，日将要停火。这个仗我是要打下去的，人无分男女老幼，地无分东西南北，奋起抗战！一直把日本人驱逐出国境！我命令唐总司令负卫戍南京之责，把10多万军队交给他指挥，服从为军人之天职，希望你们同仇敌忾，万众一心，努力杀敌！”
唐生智表示：“孟潇等在此杀敌，义无反顾！请委座赶快离开南京。”
蒋介石作关切状：“孟潇！南京的一切，就拜托与你了，我一到汉口，一定把团结御侮的工作做好，请你放心。”
次日凌晨5时许，蒋介石乘坐“美龄”号机，在一小分队飞机的保护下，飞往武汉。
南京城郊到处硝烟弥漫，炮火冲天。守卫南京的军队有：
宋希濂的28军，王敬久的71军，孙元良的72军，叶肇的66军，俞济时的74军，邓龙光的83军，徐源泉的第二军团，以及教导队和宪兵团等，共计11万余人。这些军队大都是刚从淞沪战场退下，损失惨重。这样疲惫之师，战斗力之差，是不难想见的。
日军凭仗优势的装备和旺盛的士气，步步进逼。日军不断突破阵地。12月9日，日军攻到南京光华门附近，便暂时停顿。一架日机在南京城上空盘旋，投下一个空投袋。守城官兵捡起一看，见袋上书“南京卫戍长官唐生智收”，即送往司令部。
唐生智打开，见是日本司令官松井石根致唐生智的劝降书，内称：“日本军对负隅顽抗的人将格杀勿论，但对一般无辜之良民及没有敌意的中国军队将宽大为怀，并保障其安全。特别是对于东亚文化，更将竭尽全力予以保护，然而，贵军如果继续抵抗的话，南京将无法免于战火。千年的文化精髓将会毁之一旦，10年的苦心经营也将化为乌有。限于12月10日午答复，否则开始攻城。”
唐生智一声冷笑，下令：“准备与敌死战！”
10日上午，城中寂然，日军知不降，开始攻城。日军第114、第6两师团主力向雨花台、通济门、光华门、紫金山第三峰几处同时进攻，战斗十分激烈。光华门被日军两次突破，但冲入城中的100余名日军全部被歼灭。当夜，中国守军156师选敢死队坠下城墙，将潜伏在城门洞内的少数日军及盘踞在通光营房的敌军全部消灭，光华门、通济门遂得以转危为安。但雨花台失去阵地前要点数处，紫金山第三峰阵地也落入敌手，守军撤守第二峰阵地。
这日，日军第18师团攻占芜湖，向当涂前进，中国军队后路被切断。
12月11日，日军继续猛攻雨花台、紫金山，并以一部攻占杨坊山及银孔山。城南日军一部由大胜关渡江至江心洲，向中国守军侧背射击，守军撤向水西门，雨花台阵地遂陷于孤立，右翼被敌破。次日，雨花台主阵地陷于敌手。孙元良率残部2000余人向下关方向败退。日军乘机而入，于是，南京城防被打开了一个缺口。
南京城在危急之中，将中山北路以北地区，即自新街口为起点至山西路止划为难民区，区内约可容25万人。
南京城在激烈战斗时，唐生智接到蒋介石电令：“如情势不能久持时，可相机撤退。”
唐生智即于12日夜晚召集各部队长官开会，下令一部渡江，大部向城郊各处突围。各军长师长立刻四奔而去，所到之处，大声叫撤。部队立刻大乱，军心一下收不住。唐生智率长官部少数人员在第36师掩护下渡江而去。他下达的突围命令，只有66、83两军遵照执行，当夜分由紫金山北麓和牺霞山附近突围成功。其他各部都不顾命令，涌向江边。挹江门内挤满部队，争先抢过城门，互不相让，秩序顿形混乱。而丢弃的车辆、驮马，使通路更为狭窄。负责把守挹江门的第36师一个团因阻止敌兵通过，与之发生冲突，一时枪声四起。
随着败兵蜂涌而至，下关也陷入混乱之中。下关至浦口之间，一次可渡七八百人的两艘大的轮渡，已撤往汉口，仅剩数艘小火轮及200多条帆船。船少人多，秩序十分混乱，于是人人争渡、任意鸣枪。船至中流被岸上未渡部队以枪击毁没者有之，装载过重沉没者亦有之。下关一带到处是退下来的军队，抢着要过江逃难，自相残踏与残杀，长江里漂满了抗战队伍的尸首，伤兵无人过问，景况甚为悲惨。
由于没有周密的撤退计划，或有了撤退计划未能严格执行，多数部队困于城内，未能渡江，日军便于13日晨攻入城内，南京沦陷。唐生智在卫队队员保护下渡过长江，又一路步行到六合，他见11万大军在他身边的不过百十人，他便带着这百十人向滁州方向奔去。
日军进城，便开始了震惊世界的大屠杀。六朝古城的南京，变成一座人间地狱。阴风惨惨，芳草萋萋，殷红的鲜血遍地，火焰四起，腐臭的气味冲天，在法西斯野兽的践踏下南京陷落在鲜红的血泊中，陷落在熊熊的火焰中，陷落在悲愤和仇恨中。
蒋氏发表《为我军退出南京宣言》，称：“国军退出南京，绝不致影响我政府始终一贯抵抗日本侵略原定的国策，其惟一意义，实只加强全国一致继续抗战之决心。盖政府所在地既已他迁，南京在政治上军事上皆无重要性可言。予作战计划，本定于敌军炮兵过烈，使我军作无谓牺牲过甚时，将阵线向后转移。”
日军入城时，一路猛跑，大路上的人群纷纷散开，日军向两边扫射，两边人群立刻血肉横飞。最先攻入南京的谷寿夫指挥下的日军第6师团，有两个准尉，一个叫富冈，一个叫野田，两人约定作砍杀100人的比赛。从南京下关一直杀到夫子庙，一个杀105人，一个杀106人。这杀106人的就是冠军，赌一瓶白兰地酒。接着两人又重新打赌，看谁先杀满150人，于是杀人竞赛又重新开始。这两个野兽便各自提着极其锋利的钢刀，分头走向大街小巷，遇到中国人不论男女老幼便是当头一刀，劈成两半。在他们砍杀的人数各自达到150时，他们便相约登上紫金山高峰，面朝东方，举行对日本天皇的“遥拜礼”和“报告式”，狂欢乱饮，并为他们的“宝刀”庆功、祝捷。
日军进城后，聚集在下关车站和中山码头的几万中国人，已无船过江，更无车逃离，几万人惶惶不安之际，日军突然打开挹江门杀来，用机枪向人群扫射，打开几条血巷，然后分割人群，用军刀和刺刀步步追杀，把一团团人群逼到一起，四周架起机枪，尔后几十挺机枪向人群扫射，几万人魂归西天。机枪扫射之后，死人堆内走出一个9岁儿童。一个日军中队长走近那儿童，儿童用仇恨的目光看着那日军军官，日军官也看着他，两人对视一会，日军官对儿童咧嘴一笑，举起手枪，对准那儿童脑门就是一枪，孩子没有作声，向后倒下。另有一位3岁幼儿爬了出来，他几乎还不会走路，一个日军士兵见状，端着刺刀走上去，一刀刺入幼儿的肚子，幼儿未立死，惨叫着，日士兵显出急躁的样子，又补一刀，仍未死，他便举刀将幼儿的小脑袋砍下来……
中国军队有10万人当了俘虏。日军兵将俘虏集中到下关的长江岸边排队斩首。第一排被杀完，让第二排把尸体抛入江中，然后排成一列，同样杀头。这样从早到晚只杀了2000人。第二天杀累了，就抬出机枪，两挺机枪组成交叉火力，让俘虏面对江岸，排成一列，机枪一响，俘虏们一齐跳江。然而没有一人能游到对岸，便死在江中。后来日军长官传下话来，俘虏不杀了，让他们去干苦役。
日寇围住华侨招待所，把所里所有人不分男女老少全赶出来，集中在空地上。有两个人动了动，被日寇拉出来，一刀一个劈下头来。尔后用几十辆大卡车，将5000人分批运往下关。这5000人到了下关，如同到了阴曹地府，只见满地都是血水和尸体。他们被驱赶到尸体上去，机枪一响，5000多人无一幸存。
日寇又把5．7万难民和俘虏捆成两人一扎，或用铁丝从掌心穿过，两人串为一扎，赶到慕府山。然后强令他们排成4路向草鞋峡前进。有不服从的，立刻就杀。5．7万余人被驱到草鞋峡后，那里早已架好了无数机枪。机枪响后，几万人立时大乱：“向日本鬼子夺枪，快夺枪！”几万人潮水般迎着子弹冲上去。前头的人倒下去，后面的人冲上来，人潮起伏。几十挺机枪组成火力网阻止人潮的潮头。然而潮头伏下又起，不断涌去，愤怒地迎着死亡向日军扑去。这5．7万人终于被日寇杀死。日寇见没有站立的人了，便端着刺刀走上尸体上，每个尸体补上一刀。因为尸体叠了好多层，日寇只能刺上层尸体，怕有遗漏，便用煤油、汽油浇尸体，然后点燃，大火顿起。这5．7万人只有两个幸存者，一个是教导总队的，一个是保安队的。机枪一响，他们就卧倒在地，手上的绳子被他们挣脱，有许多人倒在他们身上，血流到他们身上，大火烧起，他们感到灼热和人肉烧焦的恶臭，他们背部皮肤在高温下退去，只能强忍着，最终活了下来，成为这次被日军大屠杀的见证人。
在燕子矶，有10多万难民和俘虏被日军围住。日军嫌捆绑太费力气，且一时难找到那么多的铁丝和绳子，便决定直接用机枪扫射。将10多万人赶到燕子矶的沙滩上，面对长江。日军围绕人群，成环形架起机枪群。机枪喷出火舌，人群大片大片中弹而倒，几十道火蛇将人群吞杀。人被杀尽了，尸体堆在沙滩上，有些尸体顺江水向下游漂去。
观音门一带，有3万多难民和溃兵被围。日军将每个人捆住，原来他们想换个花样杀人，说是为天皇节约子弹。3万多人被赶到树林子里，四周架起机枪，不给他们水喝，不给饭吃。日寇在四周大吃大喝。几天几夜过去，许多人在饥寒和绝望中死去。日寇从四周向树林纵火，3万人一片惨叫，饥饿的人群，无人有力量站起来，烈火中3万余人活活被烧死。
在紫金山，有2万多难民被捆住，推到一个大坑里，集体活埋。日军长官说，这样既节约子弹，又省得以后打扫。
在雨花台，被围的有2万多人，日军让各中队用刀屠杀，这2万多人全被杀尽。
在汉西门外，约有7000人被围，日军将这些人身上都浇上汽油，然后点火。7000人一片火海，乱窜乱跳，惨不忍睹，日寇却在四周大笑取乐。
日本人在沙洲挖了一个大坑，用几十辆卡车拉来1000余老人和孩子，骗他们说是运到安全地方去，可一到沙洲，全把他们推入大坑活埋。老人和孩子全没上捆，有的向坑上爬，日军在四周一锹一个砍他们的脑袋。
日军在上元门用机枪扫杀9000余人。
有1万多人藏在英国人办的制蛋厂和江公司内，被日军发现，把1万多人全部杀尽。
在凤凰街上新河，数千难民和溃兵被捆住，全部推入河中，然后掷下稻草，又在草上浇上汽油，然后点燃。河内一片火海，人声惨叫，日军狂笑不止。
日军用各种花样，杀人取乐，他们把中国战俘手足紧缚，排倒于地，以军用卡军往来飞驰其上，以致辗压成连环肉饼，不分彼此。或用马匹分尸，然后给军犬分食。
日军将市民的下半身埋在地下，令狼犬扑食上身，血肉淋漓。日寇把人吊起来，用铁钩钩着舌头，名曰：“钓鲤鱼”。或用铁床架在一堆木柴上，将人捆在铁床上，点燃木柴，名曰“烤全猪”，残忍之状，目不可睹。
日军将几百人赶到国民政府司法院房顶上，然后火烧房屋，“蒸”死这些人。又把1000多人赶到广场，等到夜晚浇油烧杀，广场一片光摇曳，日军狂叫不止。又将几十人剥光衣服，逼入水中“捕鱼”，下水者尽被冻死。
日军在南京烧杀、奸淫6个星期。大规模的屠杀之后，则将居民分批集中到金陵大学操扬及新街口广场等处，说要进行良民登记，每日被迫集会的常达1万余人。日兵诱令说：“充当过士兵及无家可归的人，站到一旁，以便给予职业。”有人信以为真，出列一旁，被日兵拉去惨杀，平均每日杀害的达1000余人。这样又屠杀了一个多月。
日寇在南京屠杀的中国人总数达43万多人（一说达35万多人），其中青年学生约占将近1A2。
中华门、夫子庙、朱雀路、太平路、中山路、国府路、珠江路及陵园新村等地带，10余年来辛苦经营的大建筑物，被日军纵火焚烧，大火烧了一个多月，还未熄灭，成为一片瓦砾。南京市的金银财宝，被日军抢劫一空。日军三五成群，有组织有计划地分片抢劫，将财物装上货车运走，然后纵火烧房屋。
日军一进南京城，除烧杀抢劫之外，还有人神共怒的大奸淫。日军司令官松井石根传令各将官，让士兵进城后“得乐且乐”，借此使士兵不思乡。各将官传此令后，日本兵一片欢呼，窜到一切角落寻找中国妇女。日军中队长中岛对士兵们说：“为了避免引起太多的问题，事后要把她们杀掉。”因此，多数死难妇女，都是先被奸后被杀的。
日寇在下关把妇女抓去装上煤车，送到村庄，然后分给士兵。一个女人供15—20个人玩弄，妇女被轮奸后统统杀死。
南京到处是女尸，几乎全是面目青黑，齿落腮破，挖出乳房，刺穿胸和腹，有些女尸肠子流出。许多女尸都是一样姿势：赤身裸体，下身肿破。许多妇女是遭几个、十几个日本兵奸淫致死的。
12月14日上午，一群日本兵窜到锏银巷，绑去妇女多人强奸，其中有一半人被轮奸致死。在兴中门内东城根草房内，有5位12岁到70岁女性被奸后杀死。
12月5日，大批日军涌入陆军大学，将那里的几十名女性架走，关起来供他们发泄兽欲。日军强奸妇女，已完全失去人性。他们抓来一个70岁老太太，用皮带打老人下身，打肿后再行强奸。
在6周之内，每天24小时，无一时没有妇女不被日本兵强奸。每日被奸妇女都在1000人以上。
山西路一住宅内，当一妇女被日兵强奸时，其丈夫在旁哀求释免，结果夫妇同遭刺死。
时值隆冬，有一日兵发现雪地上有被奸死的裸体女尸，乃捉一市民强与交合，市民抗拒，立遭惨杀，那裸体女尸下部也被戳数刀。
在七里街，有一位陈锦福老汉领一个女儿，日本兵轮奸老汉的女儿，还迫使老汉在旁“参观”，最后迫使老汉也轮奸，老汉一头向日本兵撞去，日本兵向他刺了十几刀。
一家屋内住有姑嫂3人：一个少妇，两个少女。日兵五六人闯入，少妇机警忙往屋内草堆藏匿。两个少女躲避不及，便遭日兵强奸。那少妇只听见大姑娘喊了一声嫂嫂便不吭声了，那小姑娘大哭大闹一阵后也不响了，只剩下兽兵们狰狞的狂笑声。少妇听得直发抖。两个小时后，兽兵离去，少妇大着胆子蹑手蹑脚回到房里一看，只见小姑娘躺在桌底下，下身涂满了血，胸和肚皮被刀戳了两个窟窿，肠子流了出来。那大姑娘赤身露体仰卧在床上，满身是血，下身还插着一把刺刀。这少妇受此刺激，疯了。
日军在中华门外，轮奸少女后，复迫令过路僧侣与之行奸，僧人拒之，竟被处宫刑至死。
在三牌楼3个日兵轮奸一位58岁妇女，轮奸后，又用木棍从下身将她捅死。
妇女莫不人人自危，乃相继奔避于外侨所组织的国际委员会划定的安全区。但日军不顾国际正义，竟亦逞其兽欲，每乘黑夜，越垣入内，不择老幼，摸索强奸，有阻拦或反抗的，日兵即开枪。金陵女子大学在安全区，日本军黑田部以大批部队抢走100多女学生，强奸了几天几夜才送回来，许多女学生死了。
国际救济委员会设有妇女收容所，收容妇女约7000余人。日本兵在挨门挨户搜索妇女奸淫犹感不足，每天都到收容所用大卡车劫走大批妇女，号哭之声，数里可闻。大凡自12岁到70岁的女性，都成为日兵奸淫对象，稍加抗拒，即遭惨杀。
难民区妇女为避免受辱而有女扮男装者，但又被日军拉去做壮丁，真是上天无路，入地无门。有那30余名壮丁被日寇捉住，正当绳捆索绑时，一日兵忽触及一人胸部，觉得可疑，便解衣检查，发现都是女扮男装，于是悉数加以奸淫。事后剥光衣服，裸体钉在墙壁上活活折磨而死，有的削去两乳，有的搅烂下身，有的切开腹部把肚肠挑出来，死状之惨，目不忍睹。
在锏银巷6号，几名妇女被日兵绑去，白天强迫她们洗衣，夜里通宵被轮奸。日军每夜从广州路用卡车拉走青年妇女，妇女竟夜惨哭，人不忍闻。有一批孕妇，遭日兵奸淫，事后再用刺刀开膛破肚，将胎儿取出蒸食。
南门里桥有3妇女拒奸，被剜眼、割鼻、剖腹。
日寇强掠妇女设“行乐所”或“俱乐部”。曾在苏州掠2000多女子，在无锡掠3000多，在杭州掠2万多，更在南京掠有大批。日寇将掠来女子，分上中下三等，编了号码轮奸。许多妇女绝食而死，日兵每日掠补。日寇规定女子必须裸体仰卧，盖薄毯。当奄奄一息时，就扔掉。
日军的罪恶罄竹难书！