日軍第10軍遵照方面軍的命令，部署第114師團(tuán)沿溧陽、溧水公路向南京南部方向攻擊前進(jìn)；第6師團(tuán)沿廣德、洪蘭埠公路，在第114師團(tuán)后，也向南京南部方向攻擊前進(jìn)。
而國崎支隊沿廣德、郎溪公路進(jìn)占太平（當(dāng)涂），爾后渡江迂回至浦口附近，切斷南京守軍北退之路；第18師團(tuán)經(jīng)宣城向蕪湖進(jìn)攻，切斷南京守軍西退之路。
從12月3日至6日，經(jīng)過4天的戰(zhàn)斗，日軍正面的第18師團(tuán)、第9師團(tuán)突破守軍第83軍及第66軍的警戒、前進(jìn)陣地，占領(lǐng)了句容，進(jìn)至句容以西的黃梅、土橋及湖熟鎮(zhèn)一帶，并有一部兵力由右翼深入到孟塘、大胡山附近。
第114師團(tuán)突破了守軍第72軍及第74軍的警戒、前進(jìn)陣地，占領(lǐng)了溧水，進(jìn)至溧水以北之秣陵關(guān)、陸朗鎮(zhèn)及江寧鎮(zhèn)一帶。
此時，日軍右翼的天谷支隊和第13師團(tuán)正向鎮(zhèn)江、靖江進(jìn)攻中，左翼的第6師團(tuán)正向秣陵關(guān)前進(jìn)中，國崎支隊和第18師團(tuán)正向當(dāng)涂、宣城進(jìn)攻中。
12月6日下午，南京衛(wèi)戍司令長官部發(fā)現(xiàn)日軍迫近第一線陣地，其第16師團(tuán)一部已滲入至湯山鎮(zhèn)左側(cè)后的胡塘、大胡山附近，遂急令第36師速派1個步兵團(tuán)進(jìn)占麒麟門附近陣地，以掩護(hù)第66軍側(cè)背，并阻止該敵繼續(xù)滲入。
又令在鎮(zhèn)江的第71軍、在鎮(zhèn)江及東昌街一帶的第83軍迅速向南京轉(zhuǎn)移，以增強南京的防守力量；規(guī)定第71軍轉(zhuǎn)移后，鎮(zhèn)江要塞由第103師代師長戴之奇指揮。
同時令第2軍團(tuán)（第10軍）剛剛抵達(dá)南京棲霞山附近的第41師推進(jìn)至龍?zhí)?、烏鴉山地區(qū)，以掩護(hù)第71軍及第83軍轉(zhuǎn)進(jìn)，并保持與鎮(zhèn)江的聯(lián)系。
由于南京已成圍城，即將變?yōu)閼?zhàn)場，蔣介石于當(dāng)晚召集少將以上軍官開會，于7日晨5時45分乘飛機(jī)離開南京，飛赴江西，轉(zhuǎn)武漢統(tǒng)帥部。
12月7日，日“華中方面軍”下令，于當(dāng)日開始向南京外圍第一線防御陣地進(jìn)攻。
日軍突破第一線陣地后，繼續(xù)向南京城復(fù)廓陣地攻擊；集中到達(dá)戰(zhàn)場的全部炮兵火力，用以摧毀并奪取城垣。
日軍松井石根司令官從空中投函唐生智勸降。唐生智不予理睬，繼續(xù)命令各部隊“應(yīng)以與陣地共存亡之決心盡力固守，決不許輕棄寸土?！?p> 于是松井石根規(guī)定“上海派遣軍”負(fù)責(zé)攻擊東北面的中山門、太平門、和平門，第10軍負(fù)責(zé)攻擊西南面的共和門、中華門、水西門。城內(nèi)兩軍作戰(zhàn)地區(qū)分界線為共和門—公園路—中正街—漢中路。
12月7日，日軍在炮兵及航空兵強大火力支援下開始向第一線主陣地帶發(fā)起全面猛攻。
南京衛(wèi)戍司令長官部將從鎮(zhèn)江剛剛撤回的第71軍控置于第74軍和第66軍結(jié)合部后方的高橋門一帶，同時令第66軍以一部兵力從湯山鎮(zhèn)由南向北、第41師以一部兵力從射烏龍山由北向南、第36師預(yù)備2團(tuán)配屬戰(zhàn)車連（欠1排）從麒麟門由西向東，對突入胡塘、大胡山附近之?dāng)硨嵤┖蠐簟?p> 但由于日軍后續(xù)部隊已從突破口投入戰(zhàn)斗，第66軍湯山鎮(zhèn)陣地和第41師棲霞山陣地均遭日軍猛烈攻擊，因而三面合擊的企圖無法實現(xiàn)，轉(zhuǎn)以第36師的預(yù)備2團(tuán)在東流以西、以南一帶抗擊已占領(lǐng)復(fù)興橋日軍的進(jìn)攻。
12月8日，原在湖州地區(qū)的日軍第6師團(tuán)亦以強行軍趕至秣陵鎮(zhèn)以西地區(qū)，在第114師團(tuán)左翼展開，參加了進(jìn)攻南京外圍陣地的作戰(zhàn)。
南京外圍第一線陣地經(jīng)過兩日一夜的激烈戰(zhàn)斗，各主要防御地段上的工事多已被日軍炮兵及航空兵火力摧毀，守軍傷亡慘重。
當(dāng)日下午，日軍在坦克引導(dǎo)下先后攻占了湯山鎮(zhèn)、淳化鎮(zhèn)等重要據(jù)點。與此同時，日軍右翼第13師團(tuán)的第26旅團(tuán)沼田支隊已擊退第57軍的第111師，占領(lǐng)靖江，天谷支隊已攻入鎮(zhèn)江，日軍左翼國崎支隊已進(jìn)至當(dāng)涂附近。
南京衛(wèi)戍司令長官部鑒于上述情況，為集中兵力固守南京，一方面下令第一線陣地守軍退守復(fù)廓陣地；一方面命鎮(zhèn)江的第103師、第112師及其附近的第82軍迅速撤至南京。
8日下午，第2軍團(tuán)的第48師已運抵南京，第83軍的第156師也撤至南京，其第154師仍在撤退途中。
16時，南京衛(wèi)戍司令長官部下達(dá)了“衛(wèi)參作字第28號”命令，對復(fù)廓陣地的防守進(jìn)行部署。
同時還令憲兵教導(dǎo)2團(tuán)防守水西門至漢中門城垣陣地及城外上新河河堤陣地，令憲兵第2團(tuán)防守城內(nèi)清涼山，令憲兵第10團(tuán)防守城內(nèi)明故宮飛機(jī)場。
南京外圍第一線陣地被突破后，守軍撤退倉促，缺乏有效的掩護(hù)措施，日軍乘勢尾隨，跟蹤追擊，以致有些復(fù)廓陣地尚未占領(lǐng)穩(wěn)固，即為日軍突破。
至9日拂曉，日“上海派遣軍”第16師團(tuán)進(jìn)至麒麟門、蒼波門一帶；第9師團(tuán)進(jìn)至光華門外，占領(lǐng)了大校場及通光營房；第10軍的第114師團(tuán)進(jìn)至雨花臺南；第6師團(tuán)進(jìn)至雨花臺西，其左翼一部占領(lǐng)大勝關(guān)。
中國軍隊第60軍退至大水關(guān)、燕子磯一帶整頓；第74軍退至水西門內(nèi)外，改任城垣守備。
日軍一方面進(jìn)行攻城準(zhǔn)備，如部署炮兵進(jìn)入陣地，坦克集中于待機(jī)地域以及選定入城路線等；一方面用飛機(jī)向城中投撒日“華中方面軍”司令官松井石根致中國守軍的最后通牒，進(jìn)行勸降。
唐生智對松井的最后通牒置之不理，并于當(dāng)日下達(dá)了“衛(wèi)參作字第36號”命令作為回答，以“破釜沉舟”的精神背水死戰(zhàn)。
9日當(dāng)天，突入至光華門外的日軍第9師團(tuán)部隊，在高橋門陣地炮兵火力直接支援下猛攻光華門外工兵學(xué)校第87師第260旅防守陣地及教導(dǎo)總隊防守陣地，10時左右攻占了工兵學(xué)校。
下午，坦克及炮兵火力曾3次攻擊城門，并有少數(shù)日軍突入城內(nèi)。
衛(wèi)戍司令部急調(diào)控置于清涼山的憲兵教導(dǎo)2團(tuán)預(yù)備隊一部增援光華門，同時令第87師進(jìn)行反擊。
第87師副師長陳頤鼎指揮第261旅一部和第259旅一部分由通濟(jì)門和天堂村向敵軍側(cè)背實施合擊，激戰(zhàn)約數(shù)小時，經(jīng)多次反復(fù)肉搏，終將迫近光華門的日軍擊退，恢復(fù)了工兵學(xué)校的陣地，暫時穩(wěn)定了局勢。
但已突入城中的少數(shù)日軍仍潛伏于光華門城門洞中。日第10軍的國崎支隊當(dāng)晚占領(lǐng)了當(dāng)涂。
12月10日，日軍見中國軍隊拒絕投降，遂向雨花臺、通濟(jì)門、光華門、紫金山第3峰等陣地發(fā)起全面進(jìn)攻，戰(zhàn)況較9日更為激烈。
特別是城東南方面，因復(fù)廓陣地已基本喪失，日軍直接進(jìn)攻城垣，所以形勢尤為嚴(yán)峻。
衛(wèi)戍司令部急令第83軍的第156師增援光華門、通濟(jì)門城垣的守備，并于城內(nèi)各要點趕筑準(zhǔn)備巷戰(zhàn)的預(yù)備工事，同時將第66軍由大水關(guān)、燕子磯調(diào)入城內(nèi)，部署于中山門及玄武門內(nèi)構(gòu)筑工事，準(zhǔn)備巷戰(zhàn)。
另以剛剛由鎮(zhèn)江撤入南京城內(nèi)的第103師及第112師由教導(dǎo)總隊總隊長桂永清指揮，負(fù)責(zé)中山門附近城垣及紫金山陣地的守備。
當(dāng)夜，第156師選派小分隊墜城而下，將潛伏城門洞中的少數(shù)日軍全部殲滅。
雨花臺方面，日軍2個師團(tuán)主力和步、炮、坦克及航空兵協(xié)同攻擊，將第88師右翼第一線陣地全部摧毀。國軍殘部退守第二線陣地。
當(dāng)晚，日軍第18師團(tuán)占領(lǐng)了蕪湖。
12月11日，日軍第16師團(tuán)猛攻紫金山南北的中國軍隊陣地。
紫金山及其以南地區(qū)，教導(dǎo)總隊堅決抗擊。激戰(zhàn)終日，日軍毫無進(jìn)展，惟其右翼部隊攻占了第2軍團(tuán)防守的楊坊山、銀孔山陣地，進(jìn)至堯化門附近。
日“上海派遣軍”為使其第16師團(tuán)進(jìn)攻容易及適時切斷守軍的東退道路，又從正在鎮(zhèn)江等船渡江的第13師團(tuán)中調(diào)山田支隊，從第16師團(tuán)右翼加入戰(zhàn)斗，向烏龍山、幕府山炮臺進(jìn)攻。
日軍第10軍的第114師團(tuán)及第6師團(tuán)主力繼續(xù)攻擊雨花臺。第88師的第二線陣地又被摧毀，守軍被迫據(jù)守核心陣地。
日軍第114師團(tuán)右翼部隊開始攻擊中華門，城門被炮火擊毀。少數(shù)日軍一度突入城內(nèi)，但被第88師據(jù)守城垣的部隊殲滅。
日軍第6師團(tuán)左翼部隊之一部沿長江東岸北進(jìn)，在上新河擊退憲兵教導(dǎo)2團(tuán)的1個營，占領(lǐng)了水西門。