在期望与等待中，一件大事发生了。
湖州会战
湖州会战末期，日军从湖州湾登陆，对魔都进行翼侧包围。政府军第三战区为避免魔都作战部队两面受敌和为巩固战时首都，下令该地政府军队向外围既设阵地转移。
日军于1937年11月12日占领魔都，即乘胜西进，企图一举攻占金陵，以迫使中国政府屈服。
日军攻占魔都后，由于第10军并未遭到政府军队的坚强抗击，部队伤亡甚少，于是乘胜西进，不愿遵守参谋本部所规定的作战地域限制线，于11月15日夜决定“以军主力独立果断地向金陵追击”。当参谋本部致电令其停止前进时，“华中方面军”向大本营提出意见，强烈要求“攻占金陵”。
日军决议
“日中”事变中日战争开始以来，英、美等国虽然并未对中国的抗战进行实际的支援，但相互的贸易仍在进行，特别是德国仍与中国进行军火贸易，苏联在签订《中苏互不侵犯条约》后更积极支援中国武器装备等。
1937年11月初，日本在内阁中成立了一个第四委员会，专门研究是否宣战的问题。最后结论是“宣战对日本方面不利”，决定仍维持不宣而战的局面。
由于战局的不断扩大并有向长期化发展的可能，11月16日内阁会议决定：废除只适用于战时的《战时大本营令》，重新制订一个既适用于战时，也适用于“事变之际，按期需要可得设置大本营”的《大本营令》，规定“陆、海军大臣既作为国务大臣参加内阁，又作为统帅部之一员置身大本营，负责两者之间的紧密联系”。
1937年11月18日，以军令第1号命令公布了《大本营令》。大本营于20日设置完毕。11月24日召开了第一次大本营御前会议，通过了对中国的作战计划预案。
对侵华日军当局与大本营存在的这一矛盾，大本营终于屈服于侵华日军当局的意图，11月24日以“大陆第5号”命令“废除以‘临命’第600号指示的华中方面军作战地境”界限，并预告“华中方面军”参谋长：“本部有坚强决心攻占金陵。”“华中方面”军当日即制定了《第二期作战计划大纲》，进行攻占金陵的准备。12月1日，大本营正式下达“大陆第8号”命令，命“华中方面军司令官与海军协同，攻占敌国战时首都金陵”，同时下达了“华中方面军”战斗序列令。2日，免去松井大将在“魔都派遣军”的兼职，任命朝香中将继任“魔都派遣军”司令官。
参战部队
中国方面
政府军队参加金陵保卫战的总兵力约15万左右，刚从魔都前线撤退下来的第36师、第87师和第88师，加上从他处抽调来的10个师，总共13个师，再加上由军事学院学生组成的教导总队（共计1万2千余人）、宪兵部队、江宁要塞部队，满编将有18万人左右，然而除去第10军的第41师及第48师是汉口开来的增援部队，其余均是由魔都战场撤出，受创整补中的残部。因此实际上没有满编，按唐生智统计约有8万人，其中新兵就占3万人。
具体参战部队及主要将领如下（11月16日发布）：
金陵卫戍司令长官：唐生智；副司令：罗卓英、刘兴
第2军团军团长（第41、第48师）：徐源泉
第66军军长（第159、第160师）：叶肇
第71军军长（第87师）：王敬久
第72军军长（第88师）：孙元良
第74军军长（第51、第58师）：俞济时
第78军军长（第36师）：宋希濂
教导总队总队长（3个旅）：桂永清
第103师师长：何知重
第112师师长：霍守义
宪兵部队宪兵司令（4个团）：萧山令
此外，还有江宁要塞部队、炮兵部队、特务队等。
日本方面
12月1日，日本大本营下达新的战斗序列。日本军
队由华中方面军任主力，主要由魔都派遣军和第十军构成。此外，还有通信部队、铁道部队、航空部队、工兵部队、兵站部队等。
华中方面军司令官：陆军大将松井石根
魔都派遣军司令官：陆军中将朝香宫鸠彦王
第三师团先遣队联队长：陆军大佐鹰森孝
第九师团师团长：陆军中将吉住良辅
第十六师团师团长：陆军中将中岛今朝吾
山田支队（第十三师团一部）歩兵第百三旅团长：陆军少将山田栴二
第十军司令官：陆军中将柳川平助
第六师团师团长：
陆军中将谷寿夫
第十八师团师团长：陆军中将牛岛贞雄
第一百一十四师团师团长：陆军中将末松茂治
国崎支队（第五师团歩兵第九旅团）支队长：陆军少将国崎登
战争经过
日军进攻
政府二十六年（1937年）12月1日，日军攻占江阴要塞；是日，日本参谋本部据松井石根的要求，下达大陆令第八号：“华中方面军司令官须与海军协同，攻占敌国首都金陵”。
日军第10军遵照方面军的命令，部署第114师团沿溧阳、溧水公路向金陵南部方向攻击前进；第6师团沿广德、洪兰埠公路，在第114师团后，也向金陵南部方向攻击前进；国崎支队沿广德、郎溪公路进占太平（当涂），尔后渡江迂回至浦口附近，切断金陵守军北退之路；第18师团经宣城向芜湖进攻，切断金陵守军西退之路。
从12月3日至6日，经过4天的战斗，日军正面的第18师团、第9师团突破守军第83军及第66军的警戒、前进阵地，占领了句容，进至句容以西的黄梅、土桥及湖熟镇一带，并有一部兵力由右翼深入到孟塘、大胡山附近；第114师团突破了守军第72军及第74军的警戒、前进阵地，占领了溧水，进至溧水以北之秣陵关、陆朗镇及江宁镇一带。这时，日军右翼的天谷支队和第13师团正向镇江、靖江进攻中，左翼的第6师团正向秣陵关前进中，国崎支队和第18师团正向当涂、宣城进攻中。
12月6日下午，金陵卫戍司令长官部发现日军迫近第一线阵地，其第16师团一部已渗入至汤山镇左侧后的胡塘、大胡山附近，急令第36师速派1个步兵团进占麒麟门附近阵地，以掩护第66军侧背，并阻止该敌继续渗入；令在镇江的第71军、在镇江及东昌街一带的第83军迅速向金陵转移，以增强金陵的防守力量；规定第71军转移后，镇江要塞由第103师代师长戴之奇指挥；同时令第2军团（第10军）刚刚抵达金陵栖霞山附近的第41师推进至龙潭、乌鸦山地区，以掩护第71军及第83军转进，并保持与镇江的联系。由于金陵已成围城，即将变为战场，主席于当晚召集少将以上军官开会，于7日晨5时45分乘飞机离开金陵，飞赴西江，转汉武统帅部。
12月7日，日“华中方面军”下令，于当日开始向金陵外围第一线防御阵地进攻；突破该阵地后，继续向金陵城复廓阵地攻击；集中到达战场的全部炮兵火力，用以摧毁并夺取城垣，松井石根司令官从空中投函唐生智劝降。唐生智不予理睬，继续命令各部队“应以与阵地共存亡之决心尽力固守，决不许轻弃寸土。”。规定“魔都派遣军”负责攻击东北面的中山门、太平门、和平门，第10军负责攻击西南面的共和门、中华门、水西门。城内两军作战地境分界线为共和门—公园路—中正街—汉中路。
12月7日，日军在炮兵及航空兵强大火力支援下开始向第一线主阵地带发起全面猛攻。金陵卫戍司令长官部将从镇江刚刚撤回的第71军控置于第74军和第66军结合部后方的高桥门一带，同时令第66军以一部兵力从汤山镇由南向北、第41师以一部兵力从射乌龙山由北向南、第36师预备2团配属战车连（欠1排）从麒麟门由西向东，对突入胡塘、大胡山附近之敌实施合击。但由于日军后续部队已从突破口投入战斗，第66军汤山镇阵地和第41师栖霞山阵地均遭日军猛烈攻击，因而三面合击的企图无法实现，转以第36师的预备2团在东流以西、以南一带抗击已占领复兴桥日军的进攻。
12月8日，原在湖州地区的日军第6师团亦以强行军赶至秣陵镇以西地区，在第114师团左翼展开，参加了进攻金陵外围阵地的作战。金陵外围第一线阵地经过两日一夜的激烈战斗，各主要防御地段上的工事多已被日军炮兵及航空兵火力摧毁，守军伤亡惨重，如第51师防守淳化镇的第301团的代团长纪鸿儒身负重伤，连长伤亡9名，排以下伤亡1400余人，已完全丧失了战斗力。当日下午，日军在坦克引导下先后攻占了汤山镇、淳化镇等重要据点。与此同时，日军右翼第13师团的第26旅团沼田支队已击退第57军的第111师，占领靖江，天谷支队已攻入镇江，日军左翼国崎支队已进至当涂附近，第18师团攻占宣城后正向芜湖前进中。
金陵卫戍司令长官部鉴于上述情况，为集中兵力固守金陵，一方面下令命第一线阵地守军退守复廓阵地；一方面命镇江的第103师、第112师及其附近的第82军迅速撤至金陵。8日下午，第2军团的第48师已运抵金陵，第83军的第156师也撤至金陵，其第154师仍在撤退途中。16时，金陵卫戍司令长官部下达了“卫参作字第28号”命令，对复廓阵地的防守进行部署。同时还令宪兵教导2团防守水西门至汉中门城垣阵地及城外上新河河堤阵地，令宪兵第2团防守城内清凉山，令宪兵第10团防守城内明故宫飞机场。
守卫复廓阵地及城垣的战斗
金陵外围第一线阵地被突破后，守军撤退仓促，缺乏有效的掩护措施，日军乘势尾随，跟踪追击，以致有些复廓阵地尚未占领稳固，即为日军突破。至9日拂晓，日“魔都派遣军”第16师团进至麒麟门、苍波门一带；第9师团进至光华门外，占领了大校场及通光营房；第10军的第114师团进至雨花台南；第6师团进至雨花台西，其左翼一部占领大胜关。中国军队第60军退至大水关、燕子矶一带整顿；第74军退至水西门内外，改任城垣守备。
日军一方面进行攻城准备，如部署炮兵进入阵地，坦克集中于待机地域以及选定入城路线等；一方面用飞机向城中投撒日“华中方面军”司令官松井石根致中国守军的最后通牒，进行劝降。唐生智对松井的最后通牒置之不理，并于当日下达了“卫参作字第36号”命令作为回答。企图以“破釜沉舟”的精神背水死战。
9日当天，突入至光华门外的日军第9师团部队，在高桥门阵地炮兵火力直接支援下猛攻光华门外工兵学校第87师第260旅防守阵地及教导总队防守阵地，10时左右攻占了工兵学校。下午，坦克及炮兵火力曾3次攻击城门，并有少数日军突入城内。卫戍司令部急调控置于清凉山的宪兵教导2团预备队一部增援光华门，同时令第87师进行反击。第87师副师长陈颐鼎指挥第261旅一部和第259旅一部分由通济门和天堂村向敌军侧背实施合击，激战约数小时，经多次反复肉搏，终将迫近光华门的日军击退，恢复了工兵学校的阵地，暂时稳定了局势。但已突入城中的少数日军仍潜伏于光华门城门洞中。日第10军的国崎支队当晚占领了当涂。
12月10日，日军见中国军队拒绝投降，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金陵城内的第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“魔都派遣军”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，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，在上新河击退宪兵教导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，不再参加进攻金陵的作战。
武汉大本营对金陵的战况极为关注，每日均有询问及指示的电报，当发现撤至金陵部队的战斗力及士气已远不如淞沪作战，金陵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。为避免金陵守军被敌围歼，主席于11日中午考虑令金陵守军撤退，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，主席致电唐生智：“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。
12月12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10时前后，雨花台阵地被日军攻占。防守该地的第88师第264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88师第262旅部分官兵坚守城垣阵地，奋力阻击；第88师师长孙元良率师直属队及第262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16师团仍在孝陵卫西山及紫金山一带激战。“魔都派遣军”因第9师团在光华门一带遭守军反击后顿兵城外，毫无进展，于11日命控制于苏州附近的机动部队第3师团迅速前进；于12日晨令第9师团停止进攻，进行整顿，令第3师团由第9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88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14时指示第36师负责维持城中及下关的秩序。但此时日军第6师团一部已突入至中华门内，第16师团及第3师团已逼近中山门及光华门，第6师团左翼旅已逼近水西门。守军第2军团退至乌龙山，教导总队退至紫金山，第74军派人去三汊河架设浮桥，企图渡江撤退至浦口，被第36师制止，金陵守军已开始呈动摇态势。唐生智等决定改在当夜撤退。主席虽然致电唐生智，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12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。