坚守光华门阵地的新一团，跟其他两个团的共计一百余名国军士兵，在孤军作战了大概一个钟头的时间，援军部队才赶了过来，以前后夹击的方式，激战了数个钟头的时间，双方经过多次反复进行肉搏战，最终，中国守军才把迫近光华门的日军击退，就此，恢复了工兵学校的阵地，暂时稳定住了光华门阵地的局势。
但是，光华门此前被日军攻破了，导致少数日军突入到了城中，潜伏于光华门的城门洞中，却没有被城内的中国守军发现，这真的是令人难以想象。而日军第十军的国崎支队，在当天晚上就占领了当涂。
第二日，也就是十二月十日，日军见到中国守军拒绝投降，遂向南京城的雨花台、通济门、光华门、紫金山第三峰等多个阵地，发起了猛烈地全面进攻，战况比昨天还要更为激烈。
特别是在南京城东南方面，由于复廓阵地已经基本丧失，被攻城的日军所占领，而日军就直接进攻城垣，所以对于中国守军来说，形势就显得非常严峻。
南京卫戍司令部急令第八十三军的第一五六师增援光华门、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，将第六十六军由大水关、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一三零师及第一一师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。
当天夜里，第一五六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。
雨在花台方面，日军两个师团主力和步、炮、坦克及航空兵协同攻击，将中国守军第八十八师右翼第一线阵地全部摧毁，第八十八师残部只好退守到了第二线阵地。当天夜里，日军第十八师团就占领了芜湖。
十二月十一日，日军第十六师团猛攻紫金山南北的中国军队阵地，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”为使其第十六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十三师团中调山田支队，从第十六师团右翼加入战斗，向乌龙山、幕府山炮台进攻。
日军第十军的第一一四师团及第六师团主力继续攻击雨花台，而中国守军第八十八师的第二线阵地又被摧毁，守军被迫据守核心阵地。
日军第一一四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，但被中国军队第八十八师据守城垣的部队歼灭。
日军第六师团左翼部队之一部沿长江东岸北进，在上新河击退宪兵教导二团的一个营，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，占领芜湖的日军第十八师团因转用于杭州方面，不再参加进攻南京的作战。
武汉大本营对南京的战况极为关注，每日均有询问及指示的电报，当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，老蒋于十一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，现在若突然先行撤走，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，老蒋致电唐生智：“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，决定于十四日夜开始撤退。遂于十二日凌晨二时许召集参谋人员制订撤退计划及命令。
十二月十二日自拂晓起，日军即集中炮兵及航空兵火力对复廓阵地及城垣发动猛攻。
城南方面，战斗至上午十时前后，雨花台阵地被日军攻占。
防守该地的中国守军第八十八师第二六四旅残部因中华门城门已经堵死，无法退入城中，遂在敌火力下作横向移动，沿护城河绕城北进，伤亡甚大。
日军占领雨花台后，居高临下，加强了对中华门的火力袭击。第八十八师第二六二旅部分官兵坚守城垣阵地，奋力阻击；第八十八师师长孙元良率师直属队及第二六二旅一部兵力擅自向下关退却，企图渡江北撤，在挹江门内被第36师师长宋希濂劝阻，仍返回中华门作战。
城东方面，日军第十六师团仍在孝陵卫西山及紫金山一带激战。“上海派遣军”因第九师团在光华门一带遭守军反击后顿兵城外，毫无进展，于十一日命控制于苏州附近的机动部队第3师团迅速前进；于十二日晨令第九师团停止进攻，进行整顿，令第三师团由第九师团左翼加入战斗，向城垣进攻。
中午前后，在日军猛烈炮火轰击下，中华门及其以西城垣数处倒塌，一部日军在炮火掩护下由缺口突入城内。第八十八师遂即撤走。当时中华门内大批居民为逃避炮击和日军，纷纷向城北部难民区逃跑，与溃退的散兵拥挤在街道上，城中秩序开始陷于混乱。
卫戍司令部为了有计划、有组织地实施撤退，于十四时指示第三十六师负责维持城中及下关的秩序。
但此时日军第六师团一部已突入至中华门内，第十六师团及第三师团已逼近中山门及光华门，第六师团左翼旅已逼近水西门。
中国守军第二军团退至乌龙山，教导总队退至紫金山，第七十四军派人去三汊河架设浮桥，企图渡江撤退至浦口，被第三十六师制止，南京守军已开始呈动摇态势。唐生智等决定改在当夜撤退。
老蒋虽然致电唐生智，令其在不能持久时相机撤退，但总从政治方面考虑较多，希望能多守一段时间，因而在十二日又以致函形式致电唐生智、罗卓英及刘兴，提出他自己的企望。
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