日軍在紫金山從山腳到山頭挖掘了大量的戰壕，修建了大量的碉堡。在中山陵的四周則佈置大量防空火炮，3個日軍步兵師團全部的遠程火炮都集中在了中山陵附近的固定堡壘之中，由於地勢高的原因，這些超過75mm口徑的加農炮和榴彈炮足以支援日軍在各個方面的作戰。
從航拍照片上仔細觀察日軍佈防的白崇禧意識到，如果不拔出紫金山據點，那麼貿然進攻堅固的南京城肯定會遭受重大的損失。但是他又非常的猶豫，除非採取地面進攻的方式，否則遠程火力和空中火力肯定毀壞中山陵的，這是他無法承擔的責任。
就這樣，幾天的時間就浪費了。當蔣介石催促進展的時候，白崇禧只好如實告知。當晚孫科在香港發來電報，向白崇禧保護國父陵寢表示感謝，同時也表示，爲了奪回首都，他認爲不應該畏懼任何破壞。即使如此白崇禧也不敢冒天下之大不韙，直到何俊才發給他了一封密電才使得他喜笑顏開。
6月20日午夜時分，新編第二集團軍的遠程炮火還在隔着長江砸向白天預先偵查好的日軍的交通要道和主要工事，目的是爲了阻礙日軍在夜晚的調度和維修。5日的進攻作戰中，3個重型榴彈炮營已經發射出10多個基數的炮彈，連炮管都換過了好幾次，這種炮擊程度別說日軍了，連新編的中國軍隊都沒有見過。日軍已經被這種徹夜的炮擊搞得精力交瘁，現在日軍士兵在任何時候都可以躺下睡覺，哪怕炸彈就在耳旁炸響。
在隆隆炮聲的掩護中，一大羣神秘的飛行物飛過了長江，從南面兜了一個大圈子，然後從駐防的日軍頭上高高飛過，進入了紫金山區域。有那麼一兩個日軍彷彿從炮聲中聽到了轟轟的引擎聲，他們還以爲是中國空軍的夜間轟炸機前來轟炸，所以只是將頭一縮了事。反正黑漆漆的也炸不到什麼東西。
不過那些空中的黑影卻並沒有丟下炸彈，而是改爲貼近地面十多米的距離開始接近紫金山的核心陣地。幾分鐘後，一個個空中的黑影上墜下了纜繩，一些身手矯捷的士兵在微光下滑到了地面，裝備也被一一地滑了下來。依靠着綁着紅光的手電筒以及幾聲鳥叫，這些臉上塗着黑炭的士兵很快形成幾支小分隊，向着幾個方向互相掩護着而去。
這些如天神將臨的士兵來自陸戰二師，他們搭乘100架蜂鳥丙直升機實施了世界上首次直升機機降作戰。乘坐直升機進行機降明顯比傘降或者滑翔機機降要方便許多，而且兵力的投放位置非常可控。陸戰二師自從獲得了這100架蜂鳥丙直升機後就一直在思考如何利用它們來進行機降作戰，現在終於派上了用場。
其實蜂鳥丙直升機還是隻能算是偵察直升機，並不適合進行這樣的機降作戰，它的乘員艙只能搭載三名全副武裝的士兵。爲了將特種營的所有士兵一次投放到紫金山，蜂鳥丙直升機不得不在兩邊的起落架上再分別掛上一個士兵。就這樣，500人的隊伍在炮火聲的掩蓋之下成功越過日軍的前方防線直插紫金山山頂。
凌晨2點鐘，兩名日軍哨兵從地堡中走出來準備換防，發現原本在這裡的哨兵已經失去了蹤影，地上有兩攤血跡，他們急忙扣動扳機示警，並用力地吹響了哨聲。他們剛剛做完這一切，立即就被飛來的幾顆子彈給擊斃了。原本還在偷偷摸哨的特種營立即改爲強攻。一時間紫金山上到處都響起了槍聲。
幾枚高爆手榴彈被從觀察口扔進了日軍地堡，絕望的日軍想推開門跑出去，可是卻發現門已經被堵死。幾秒鐘後，劇烈的爆炸聲響起，爆炸的衝擊波從幾個觀察口中噴出。就這樣日軍的地堡很快就被破壞掉。
接下來倒黴的就是中山陵外圍的那些防空炮位。這些防空炮位中是日軍的75mm的高射炮或者20mm的兩聯裝防空機關炮，它們都安放在半開敞的炮位之中，其實對它們保護最大的是近在咫尺的中山陵而不是周圍的沙包，否則早就被遠程重炮給掀上天去了。
日軍的高射炮手們在陸戰二師特種營m1衝鋒槍的掃射之下潰不成軍，少數幾個負隅頑抗者被遠距離的狙擊槍點了名射的腦漿讓其他的日軍膽寒。由於資源緊張，日軍的炮兵只有少數的一些手槍和三八式步槍，而且也缺少日常訓練，哪裡是這些煞神般的特種營士兵的對手，很快就被趕出了陣地。然後一枚枚定時炸彈被安裝在高射炮上，“轟”地數聲巨響後，日軍部署在這裡的高射炮就四分五裂，再也無法使用了。
最後特種營需要拿下的就是在中山陵下方廣場上的日軍重炮陣地。爲了避免被空襲和炮擊，南京城中3個日軍師團超過75mm口徑的火炮都集中到了這裡，共計有24門150mm重榴彈炮和16門100mm加農炮，重炮陣地上有2000多名士兵，由一名日軍少將負責指揮。
雖然已經接到警報，不過這兩千多日軍士兵能使用的武器卻只有不到一百支步槍和少量的手槍，幾乎是赤手空拳地去對付從四面八方圍上來的500名特種營士兵。
m1衝鋒槍和m1加蘭德步槍不停地**出彈丸，讓那些空守着大炮卻無法對付近在眼前的目標的日本兵感到絕望。山腳下接到警報的日軍作戰部隊正在趕來，但是上山需要至少半個小時的時間，重炮陣地上的日軍是見不到他們了。
10分鐘後，重炮陣地上已經看不到一個活着的日本兵，兩千日軍士兵以近乎被屠殺的方式殲滅於此，爲他們打擾了5年的國父靈魂獻祭了。看着血流成河，屍體堆成山的日軍重炮陣地，特種營的士兵甚至有些感到自己殘忍。不過很快他們就從揹包中掏出一顆顆高爆炸彈，安放在日軍重炮的炮管和炮閂等重要部件上，未被引爆的炮彈則搬上卡車運送到遠離中山陵的位置然後再安放好炸彈。
緊接着直升機集羣再次飛臨到中山陵廣場，將在這裡等候的特種營士兵一一接上飛機，連陣亡的戰友屍體也帶上了直升機。等到日軍作戰部隊氣喘吁吁地奔跑到的時候，迎接他們的是重炮陣地的火炮和彈藥的大爆炸。在爆炸的火光中，隱約可以看見天上快速掠過的直升機。
接到空軍告捷的戰報，白崇禧高興萬分，擺在面前的最大的一個障礙移除了，南京城中的日軍已經像脫光了衣服的美女一般，現在沒有任何理由不發起對南京的進攻了。
於是第二天天剛亮，準備已久的新編第二集團軍就渡過長江，從東面發起了進攻。由於損失掉了所有的遠程支援炮火，而那些散佈在城中的火炮一旦開火就會被天雲號高空艦發現並引導新編第二集團軍的重炮予以摧毀，所以新編第二集團軍進展非常順利。
m4謝爾曼坦克雖然在歐洲和非洲戰場上面臨德國坦克的挑戰，但是在中國戰場上，它是毫無置疑的強者。日軍的戰防炮在500米的距離外休想洞穿它的前裝甲，那些擲彈筒和迫擊炮就更不必說了。
在重炮持續的轟炸式下，東面的城牆大面積倒塌，形成了一個機械單位可以通過的斜坡。m4謝爾曼在步兵的掩護下緩慢登上城牆，開始進入城內。一天之間，30萬僞軍逃跑了大半，只剩下那不到9萬的日軍還在逐屋地進行抵抗。
當晚，趁着黑夜的掩護，汪精衛帶着僞政府的一干高級官員乘坐一艘客船順着長江偷偷來到上海。第二天僞南京政府宣佈由於戰事緊急而遷都上海，但是有點眼光的人都知道，僞政府就快完蛋了。眼見着“達官貴人”們都跑掉了，南京城中的僞軍就更加像沒頭的蒼蠅一般，很快逃得一乾二淨。僞政府的遷都對日軍的士氣也產生了很大的影響，況且新編第二集團軍在巷戰三寶（火箭筒、衝鋒槍和噴火器）的幫助下迅速推進，讓日軍損失慘重。等到半個南京都爲中國軍隊所佔領後，日軍不得不下達了戰略轉進的命令。
不過這個時候指揮已經不暢了，日軍的無線電通信早就在6月15日開展之初就被屏蔽，只能依靠有線電話和通訊兵來傳遞命令。巷戰加劇了日軍的混亂，而且現在日軍被分割成幾塊，最終只有南京城外駐防的部分日軍得以逃到上海。南京宣告光復，膏藥旗從總統府的頂上被扒下，扔到了地面供衆人踩踏，一面嶄新的青天白日旗升起在這裡。南京宣告回到祖國的懷抱。
在歷時半個月的南京攻防戰中，中國軍隊投入了海量的彈藥，付出了傷亡近四萬人的代價奪回了首都。此戰殲滅了日軍至少有四萬人，俘獲了另外的兩萬人，南京城中的屍體到處都是，事後不得不專門分配一隻軍隊來進行清理和掩埋。
當白崇禧向蔣介石彙報了這個喜訊之後，一貫鎮定的蔣介石也不由得老淚縱橫。他立即要求前往南京進行祭奠，被左右以南京剛拿下治安還不穩定爲由大力勸住了。