5時10分，隨着陽光在地平線上逐漸散去，已經蔓延多時的整條戰線兩端驟然爆發。
從水西門外、東江門至長江邊上一線展開，新13、14、15師在軍150重迫擊炮營和配屬的2個120重迫擊炮營火力支援下向日軍構築在諸多湖泊間的野戰陣地發起了強攻。昏暗中，川軍以鬆散散兵線緩慢的向北推進誘導日軍暴露主要火力點，日軍輕重機槍一發射就遭遇各種迫擊炮劈頭蓋臉的點殺，不要說是戰壕裡發射的輕機槍，就是有土木頂蓋的重機槍也被連續不斷命中的炮彈炸塌；第52野戰炮聯隊連續發射壓制**後續，但呈班組形式分散躍進的**不避傷亡不斷推進；而一線，由於日軍單薄的壓制火力骨幹不斷被擊毀，川軍很快就接近日軍的前沿，雙方很快進入手榴彈戰，一方依仗數量優勢、一方則有戰壕掩護，都信心十足的對擲、爆炸連綿不斷。劉若弼、範楠煊、鄧國璋在王陵基督戰下不斷投入兵力，一批批川軍以巨大傷亡不斷衝擊着第22師團3個聯隊（各缺一個大隊擔任師團預備隊）的防線，由於攻擊面較窄，川軍死傷者很快就堆積在湖泊間的通道上使後續部隊更難以迅速前進，但川軍將士依舊以血肉之軀衝向日軍陣地。
5時45分，日軍最單薄的江邊一線陣地被新13師突破，劉若弼即使投入師補充團順着第38團上千將士傷亡代價開闢的突破口突入日軍縱深，將第86聯隊的2個大隊割裂開來，該聯隊投入唯一一個預備中隊反擊很快就在黑暗中被新13師補充團吞的一乾二淨。土橋一次面對被迅速突破的西側危機也不敢投入單薄的預備隊反擊，反而下令江邊的大隊借夜幕掩護迅速北側，而靠東面的大隊則放棄陣地向第85聯隊靠隴並跟開去的預備隊一起掩護第85聯隊的西側翼。但土橋卻不知道這時候由85聯隊主力防守的東江門陣地已進入短兵相接的鏖戰當中，而85聯隊的電臺卻被一發重彈直接命中掩蔽部頂部炸飛天線而暫時失去功能。於是南下增援的第85聯隊第3大隊、第86聯隊東撤的第1大隊和被新14師打的節節敗退的第85聯隊主力在混亂中撞擊在一起，在東南西三面**子彈和爆炸的背景下，三方日軍不分青紅皁白自相殘殺亂成一團，未等大隊佐和尉官們整理隊伍，新13師和新14師就從東西兩面殺到，一舉將日軍趕出了東江門陣地。戰至6時30分土橋一次收容一線殘軍進入二線陣地時，一線只餘莫愁湖方向第84聯隊主力依託湖泊還在抵禦新15師的攻擊未失一線陣地。
就在這一個多小時裡，從水西門到秦淮河一線的城牆頂上都在遭受**各種迫擊炮的殺傷，城頭上日軍雖然部署第41和第38師團重兵，但**炮彈爆炸的碎片和氣浪不斷衝擊着城牆上的各種日軍工事，重機槍組有鋼筋水泥碉堡還能堅持，而輕機槍組和擲彈筒、步槍手們則只能趴在沙包當中聽憑各種炮彈落下；甚至躲避在城牆後的日軍也因爲迫擊炮的彎曲彈道而頻頻遭遇頂殺傷，甚至因爲人羣擁擠一炸一大片、不比城牆上的損失小。**炮兵雖在城南打的歡，但如此長戰線上**步兵單位其實只有78軍新16師和58軍新11師而已，58軍主力已經在孫渡率領下渡過秦淮河轉至城東。
此時**20、21、23軍對光華門至中山門一線的攻擊並不成功。雖然炮彈密集的落在整條城牆上炸的日軍鬼哭狼嚎，**也乘機突入門洞裡安放了大量**，5時43分和49分，光華門和中山門前後被20軍和21軍巨大的爆炸炸開，但衝擊的**卻發現城門早就被日軍用各種磚石雜物堵塞，聚集城下的**立即遭到日軍從城頭上扔下的**包、手榴彈乃至小炮彈炸的七零八落，楊森和唐式遵只能暫時撤退再組織進攻。
**西部進攻成功和東部進攻失敗，及南部明顯的佯攻使西尾壽造在板垣徵四郎和稻葉四郎支持下作出了一個至關重要的錯誤決定。晚6時50分，第6師團第36旅團8000官兵出早西門和清涼門增援第22師團。此時新4軍主力在葉希夷親自指揮下摸掉沿途日軍警戒哨已經翻過紫金山直取滬寧鐵路，因爲篠原誠一郎爲加強中山門一線防禦篡改了西尾壽造的部署，只以120聯隊爲基幹組成一個支隊防守紫金山最西邊的天堡城，並只在富貴山部署一個大隊級支隊掩護側翼，導致新4軍從天堡城東側輕鬆突入日軍後方；而天堡城本身則遭遇潘文華第23軍東、南兩面的強攻。
太平天國時期修築的天堡城早已殘破，70多年前的堡壘從技術上講也已過時，第116師團第120聯隊及配屬90迫擊炮大隊大部分部署在堡外的西峰山上坡處，密集的野戰工事加篠原誠一郎特意從派遣軍總部要來工兵和地雷佈置的密集雷場構成堅實的防禦體系。然潘文華也是久經沙場的老將，一眼就看出優劣，故率領軍主力從明孝陵上山爬到西峰東面發起主攻，從而成功避開了城裡的日軍大炮羣精確射擊。話雖如此，但西峰山險要的地形加上城裡大炮羣對**縱深的強大壓制依舊對進攻的川軍形成巨大的威脅。
章安平指揮第147師首先發起進攻，藉着昏暗和紫金山從東到西的綿延山勢逼近西峰山，炮聲隆隆，2個120重迫擊炮營以急速射覆蓋日軍陣地，各師、團的81、82迫擊炮也以急速射替步兵掃蕩前進道路上的各種障礙；但山勢連綿起伏，**的炮兵畢竟弱小難以壓制和清除，在山上日軍迫擊炮和步兵炮的不斷反擊干擾下，439、440團依舊很快在雷場中付出不小的代價，並且爆炸引起的閃光還給日軍指示了射擊目標，有較堅固工事掩護的重機槍紛紛開火，子彈不斷掃蕩着分散前進的川軍步兵。見迫擊炮破雷效果不大，各迫擊炮連也紛紛調整目標轟擊日軍暴露的火力點，雙方你來我往逐漸發展成炮兵對射，將近距離交戰讓位給子彈和50、60小炮彈。
439、440團15個步兵連的連番衝擊被地雷、炮彈和子彈撕碎，上千人倒在日軍陣地前；但戰鬥在繼續，441團和補充團接過了戰旗繼續衝擊，沿着一梯隊用生命和鮮血開闢的通道撲向日軍陣地，而日軍陣地上輕機槍已普遍被炸成零件，重機槍火力雖猛但遭遇連續的直接命中、加上日軍重機槍特有的高故障也有近半停頓，面對越來越近的**步兵，日軍只能以步槍、手榴彈和擲彈筒應對。面對危局，120聯隊長內山大佐被迫停止炮戰將剩餘近20門迫擊炮和步兵炮轉向支援一線戰鬥，但此時**步兵已衝入第一道戰壕，炮兵只能向縱深射擊試圖切斷**後續，然僅僅20多門中輕炮顯然作用不會很大；相反由於停止炮兵對戰，**的120重迫羣得以騰出手來，不斷命中日軍炮位和天堡城，打的零件和碎石橫飛，附近戰壕中、掩蔽部裡的預備隊深受其害、未戰就上三位數傷亡。
隨着進入短兵相接，潘佐148師443團也加入戰鬥，**以數量上絕對優勢用大刀和手榴彈壓過一個又一個日軍步兵中隊、直取西峰山頂。內山大佐下令預備隊反擊卻幾乎立即就被壓回天堡城附近只能又下令殘餘部隊撤入天堡城作最後抵抗。然天堡城本身雖然堅固但規模不大，內山又把配屬炮兵大隊及聯隊的大批輜重堆積在堡內隱蔽處，此時大批敗兵擁擠着衝入堡內卻發現無處藏身，而**的各種炮彈已如雨下，狹小的天堡城內大多數日軍都避無可避，炮彈碎片夾雜着被炸開的碎石如雨點掃過，上千名日軍就這麼白白被炸死炸傷。
然即使如此，天堡城本身還是難以攻克，如南京一樣堅實的城牆使川軍一籌莫展。雖然敢死隊付出數十人犧牲的代價將十幾包**堆進城門洞併成功引爆、將城門及門背後的一切掀起；但隨後441團的衝鋒卻全被城裡的輕重機槍打倒在門口，犧牲的將士很快就堆積的後續無法繼續進攻；章安平還不死心，又下令突擊隊以更多的傷亡在城牆下堆積了更多的**包，隨着一聲巨響，城牆被炸出半間屋子那麼大的空洞，但離炸塌城牆還遙遠的很。望望垂頭喪氣的章安平，跟着爬上山來的潘文華在幾百米後依託爆炸和射擊的閃光觀察許久也無計可施，只能下令暫停攻擊。