駐守紫金山一線的是教導總隊第二旅第三團，團長叫李西開，團副彭月翔、朱道源。除了三個步兵營外，還有一個機槍連、一個八二迫擊炮排、一個榴彈炮連、一個戰車防禦炮連、一個通信連、一個輸送連，共十六個連隊。
接受堅守紫金山陣地，阻擊遲滯敵人任務後，李西開按照張治中的部署，一改過去那種線性防禦陣地安排，而是將榴彈炮連置於富貴山，八二迫擊炮排隨盧禹鼎第三營部署在紫金山老虎洞制高點一線，其餘部隊集中部署在紫金山第二峰、中山陵、明孝陵一線，與老虎洞的三營遙相呼應。
中午一點的時候，日軍第十六師團前鋒33師團抵達紫金山一線，與三營接火。
戰鬥一開始就進入白熱化。十六師團是有備而來，野炮、戰車、騎兵、步兵齊上陣；二旅三團是以逸待勞，武器精良，又憑藉工事，雙方馬上就打的難解難分。後來，日軍升起熱氣球，裡面坐着觀測員，指揮引導炮兵作戰，三營傷亡過半，撤往紫金山第二峰。日軍接踵而至，雙方在第二峰又展開激戰。
李西開見日軍飛機、坦克、野炮配合有序，攻勢連綿不斷，知道今日之戰非常兇險，嚴令榴彈炮連不計傷亡，一定爲團主力提供火力支援，自己離開地道內的指揮所，上到火線上，督率部隊利用地形與敵激戰。
教導總隊在紫金山駐防已達四年之久，戰士們對這裡地形很熟，加上工事堅固，一時間日軍倒也無法。
但雙方的平衡沒有持續多久，當榴彈炮連陣地被日軍飛機摧毀後，迫擊炮排的陣地接着就被摧毀。沒有了重火力支援壓制，日軍的進攻就更兇猛了。到後來，日軍索性施放毒氣彈，企圖一擊成功。
李西開知道日軍早晚會施放毒氣，原來已有防備，但見部隊傷亡太大，已經失去了堅守陣地與敵抗衡的實力，就決心撤退，保存有生力量，回城再戰。
與城內巷戰部隊一聯繫，得到的消息是日軍第九師團已經攻進城內，103師、112師正與敵激戰，要求三團無論如何堅守陣地，千萬不能這個時候放16師團進城。
李西開無奈，只好調整部署，讓彭月翔率一營、戰車防禦炮連、通信連、輸送連和失去了炮的炮兵們撤回城內，依城牆堅守，自己和朱道源率二營殿後掩護，節節抗擊，逐步向城內撤去。
十六師團見守軍陣線鬆動，馬上就一路銜尾急追，迫得二營連連後退，直接退入了太平門。
此時，已是下午4點了，103師、112師在城內的巷戰打得很艱苦，103陣亡一名團長，112師的損失也很大。不對打的很苦，但爲了保證完成讓87師、88師打擊敵第六師團先頭部隊的作戰計劃，霍守義指揮着部隊還在苦苦與敵纏鬥。這一見教導總隊二旅三團退回城內，霍守義就知道自己一方兵力太過薄弱，想在城裡拖住敵人多長時間，簡直就是不可能的。就是全部犧牲，也玩不成堅持到夜裡的任務。沒有辦法，日軍的火力和守軍根本就不是一個層面的，人家是空地立體作戰，光靠自己的這些殘破不全的部隊，只有犧牲的勇氣，確無完成任務的可能。
霍守義馬上與王敬久聯繫，通報巷戰情況和堅守紫金山部隊已退回城內的情況，詢問87師、88師何時可以發起對敵突擊，巷戰部隊犧牲太大，恐怕不能堅持太久。
王敬久、孫元良此時也是心急如焚，日軍第六師團到達後，立即分路攻擊蕭山令三個憲兵團防守的陣地。可能是感覺守軍人數有限，第六師團一上來就集中火力和兵力進行突擊，又有飛機助戰，88師和87師根本就沒有突擊敵人的機會。如果此時突擊的話，結果只有一個，那就是全軍覆沒在敵人的火力下。
看來只能等天黑後敵人停止攻擊了，才能實施突襲。
這一接霍守義的電話，王敬久和孫元良就知道突襲敵人的計劃很難實現，因爲103師畢竟是雜牌部隊改編而來，112師根本就是東北軍，雖然現在還保存着強硬的戰鬥意志，但兵力太少，無論採取再優秀、再先進的戰法，也不能彌補與敵人的差距。
王敬久只好向張治中發電請示，把城內情況詳細彙報，請求放棄原作戰計劃，全軍向浦口方向撤退。
張治中考慮很快天就要黑了，只要堅持到天黑，部隊就可以安全撤退。因此，嚴令霍守義指揮103師、112師、教導總隊二旅三團與敵巷戰，嚴令蕭月令堅決守住中華門一線陣地，必要時請87師派部隊增援。天黑後，88師、87師集中力量反擊敵人，爾後全軍撤出南京。
王敬久知道張治中的意思是怕此時撤退容易全軍潰散，就命令87師抽調一個主力團增援蕭山令，主力和88師主力按兵不動，只等天黑後對敵逆襲，造成敵混亂，然後再從容撤退。
日軍第九師團師團長吉住良輔中將此時已經進了南京城，師團部就設在通濟門附近。鑑於第九師團第七聯隊被殲和35聯隊突破城門時的重大損失，吉住良輔中將下令，殺光所有遇見的意圖抵抗的支那人。可惜，迎接第九師團士兵的，除了復仇的子彈、手榴彈外，這偌大的南京城裡，竟然連一個老百姓都沒有見到。
吉住良輔中將感覺事情不對，就聯繫其他幾個正在攻城的師團，詢問情況。這一瞭解，才發現除了第九師團進城外，第六師團仍然在強攻雨花臺一線，第十六師團剛剛抵達城牆，正在組織攻城。
吉住良輔馬上通報自己已經入城，要求第十六師團迅速分兵，繞過中**隊，從光華門、通濟門方向入城。
中島今朝吾中將一聽第九師團已經入城，生怕功勞都被吉住良輔這傢伙佔完了，馬上命令一部轉向光華門入城，自己督率主力，集中火力突破當面守軍防線。
十六師團集中主力這一猛攻，自然是破城而入了，不幸的是，在城門再次發生了通濟門炸藥大爆炸的故事，一千多個興沖沖急於入城的鬼子或飛上了天空，或埋在了磚頭瓦礫之下，成了一堆臭肉。
乘着中島今朝吾中將失神的當口，防守的112師部隊帶着李西開他們迅速轉移了。
這南京城太大，又多有堅固建築，雖然103師、112師和三團損失慘重，但日軍也沒有落到什麼好，隨時隨地都可能遭到攻擊。不過，這進攻南京城的日軍都是精銳部隊，受過嚴格的城市巷戰訓練，穩步攻擊下來，進展還是比較迅速的。
看看天黑了，日軍打着火把、手電筒大舉入城，開始向師中心挺進。王敬久和孫元良看時間差不多了，就下令蕭山令指揮的憲兵部隊撤防，放日軍第六師團進入中華門。
此時，蕭山令指揮的憲兵部隊已到了生死存亡的關鍵時刻。剛開始的時候，由於第六師團到的晚，雨花臺一線陣地無戰事。等第六師團先頭部隊趕到後，天上是日軍的飛機，87師、88師不能出動突擊敵人，只好靠憲兵部隊依靠陣地阻擊。等第六師團主力趕到後，陣地就支撐不住了，在日軍的壓迫下，傷亡越來越重，防線不斷收縮，最後就只能防守幾個要點了。
接到撤退命令時，蕭山令的部隊都快打光了，只有後來趕來支援的87師的一個團建制還比較完整。蕭山令看了看中華門，擦了一把眼淚，說了聲“弟兄們，只要我不死，一定回來看你們”，就下令撤退。
這邊一撤，日軍隨即進入中華門。隨着一連串巨響，先頭一個大隊的日軍就重演了幾個城門的故事。不等日軍回過神來，早已隱忍多時的87師、88師就發動了逆襲，王敬久一揮手，兩個師所有的集中炮火就開始發言了。王敬久的命令很簡單，打光所有的炮彈，把日軍炸暈。緊接着，兩個師的主力不等炮火停止，就從兩邊殺了出來。一時間，衝鋒號聲、炮彈爆炸聲、輕重機槍和步槍射擊聲，如狂風暴雨一般響了起來。
第六師團師團長谷壽夫中將一見中**隊大舉進攻，以爲是中國守軍故意放第九師團、十六師團入城，集中主力收拾自己來了，忙令炮兵進行阻斷炮擊，部隊迅速向後收縮，建立陣地，固守待援。
日軍這一撤，等於是把後背賣給了87師、88師，好一陣掩殺，只殺得吃人惡魔谷壽夫失聲叫苦。可惜，日軍炮火過於猛烈，王敬久和孫元良不得不見好就收，下令停止追擊，全軍收縮後撤。又通知霍守義，87師、88師已完成任務，可以命令巷戰部隊迅速與敵脫離接觸，全軍分路撤出南京，向浦口撤退。
霍守義這才徹底放心，命令收攏部隊，利用夜色和地形，撤出南京。