随着淞沪战场撤下来的各支国军部队陆续到达南京，以及从内地调往南京增防的国军部队，南京卫戍部队不断扩大。
最终含第2集团军徐源泉部（下辖第41师丁治磐部，第48师徐继武部；实为两师乙种军编制）。
第66军叶肇部（粤军），第71军王敬久部（仅第87师一个师），第72军孙元良部（仅第88师一个师），第74军俞济时部（日后威震日本的虎贲王牌军），第78军宋希濂部（仅第36师一个师），第83军邓龙光部（粤军），中央教导总队桂永清部（唯一达标的德械速成师），第103师何知重部（黔军），第112师霍守义部（黔军），宪兵部队萧山令部，陆军装甲兵团战车连（杜聿明部），共计13个师又15个建制团（教导总队11个团，宪兵部队4个团），约15万余人。
1937年12月5日，国民政府又任命罗卓英（罗店战役英雄），刘兴为南京卫戍副司令。
蒋曾电令李宗仁，白祟禧桂军支援南京。但被李白以桂军在淞沪会战伤亡惨重为由拒绝，实际桂军尚有二十余万大军。
12月初开始，唐生智对南京卫戍部队不断调整，充实。已在外围阵地与复廓阵地两个层次配备了兵力，据《南京卫戍军战斗详报》记载：
1.主阵地，板桥至淳化镇之线，以第74军之两个师(第51师，第58师冯圣法部)担任，孟塘至龙潭之一线，以第83军担任。
2.复廓阵地，狮子山及城北一带，由第78军担任，安德门至雨花台由第72师担任，河定桥至工兵学校由第71军担任，其北经紫金山前峰至蒋正庙，由教导总队担任。
这样的兵力配置，表明了南京卫戍部队指挥国军守土奋战，破釜沉舟的决心。
但是台面上，第36师，第87师，第88师，中央教导总队，第74军，第66军都是淞沪会战表现最为优异的国军部队。
其中第36师，87师，88师，中央教导总队名为德械精锐，但都经过淞沪大血战，战前精锐损失惨重。
补充上的都是新兵，这些新兵连基本训练都没有就上了战场；另外武器装备数量少，特别是重武器与日军差距巨大，弹药又匮乏；空军海军则基本打光。这造成了南京保卫战自始至终，国军一直处于被动的局面。
新编入的地方部队武器装备就更差，如粤军第83军，是新组建的新军；毫无对日作战经验，武器基本以汉阳造为主，根本无法与装备精良的日军对抗。
至于黔军第103师，第102师更别提了，连汉阳造都没有，都装备些“老爷枪”。
但是国军官兵，战斗意志坚定；个个抱着必死决心。南京保卫战初期，他们确实打出了中国军人的血性。
遗憾的是，这一切却毁于蒋介石的决策，唐生智的指挥。
南京保卫战一开始，中日双方就打得难解难分。
这里是汤山镇国军防御阵地。
攻占句容的日军另一部，自6日起向汤山镇国军阵地发起攻击。国军官兵与敌整日血战，殊死拼斗。
第二天，国军第一线阵地多处被日军优势兵力突破；国军守军被迫撤至第二线阵地，固守汤山及汤山镇。
8日，日军主力在大炮，战车掩护下又扑向汤山第二道防线。国军第66军与刚调至汤山后方的第83军，协力阻击日军突击。
在汤山附近一个山头上，双方经连日激战，汤山国军奉命撤退。汤山沦陷。
汤山激战正酣时，另一支日军于12月6日上午10时绕过九华山，抵达龙潭至汤山间的孟塘，并向西直逼大胡山。
大胡山位于国军第2军团和第66军的防地之间，南京卫戍司令唐生智于当天决定发起反攻，电令：第2军团第41师由北，第66军第160师由南，合力向孟塘，大胡山之敌进攻。
同时，宋希濂第36师第2补充团，配备战车防御炮，驰援麒麟门外。
刚刚从武汉抵达尧化门不久的第41师丁治磐部，迅速由栖霞山向龙潭，拜经台，射乌山，孟塘一线推进。
该部第246团，242团经反复冲杀，成功收复射乌山，丁家山，鸡笼山，东山头等处，毙敌甚多，但自己亦伤亡过半。
1937年12月7日夜12时，南京卫戍军总部又发出“卫参作命第二十五号”命令：第66军以有力部队，展开于棘山至空山一线，截断孟塘附近敌之退路，增调战车队给第36师补充2团，并展开于岗山至马基山之线，向当面之敌发起反攻。
而第41师除守备龙潭，拜经台部队外，应展开于射乌山，木山，龙山一线，向当面之敌发起进攻。
各进攻部队，接到命令后连夜动员，自次日拂晓起，即向日军发起猛烈反攻。
第160师第956团，于是日清晨全力进攻复兴桥日军，歼其一部，但未能攻克复兴桥。
8时许，日军主力转向大胡山、岘山、龙山阵地，企图进攻白家场，以切断国军守军后路。
但国军第956团官兵拼死抵抗，成功挡住了日军进攻；不过汤水仍被日军突破。后958团过来支援，阵地得于恢复。
战至当天下午2时，防守孟塘国军全部殉国；营长刘厚牺牲。
第2军团第41师，于8日午前6时开始攻击，与配有30余门大炮的数千日军血战。
当天9时许，日方又增派飞机、重炮、战车发动猛烈反攻。
双方终日肉搏，第41师则以守备龙王山的第245团由左翼出击，在东西斗山，丁家山一带与敌反复争夺。
据国军战史记载：“......终日肉搏，旋失旋得”。
战至下午6时，第41师各部伤亡甚众，但仍拼死坚守原阵地。
经过一天的搏斗，损失惨重，当晚，第41师残部奉命撤往乌龙山至杨坊山一线。
第36师补充2团，在7辆战车配合下。也于8日拂晓，向复兴桥及大、小胡山之敌发起攻击。
战至10时许，经过数次连续冲锋，攻克马基山。
但是日军增援部队到达，并在5辆战车配合下，发起反攻；国军2辆战车被击毁②。
双方展开激战，补充2团团长李牧良率部奋勇拼杀，屡次突破日军包围。
可惜终因所部基本都是新兵，又未经过正规训练，战斗力不强，伤亡近半，只得且战且退。其第2营官兵几乎全部牺牲。
南京卫戍军总部为集中兵力，固守南京，于当晚下达命令，停止反攻。于是重整外围阵地部署，撤守孟塘、大胡山一线阵地。
湖熟，淳化为南京东南方向的战略要地。1937年12月5日下午，日军精锐第9师团第36联队2000余人，配以火炮10余门，向淳化发起进攻。
防御淳化的是第74军第51师王耀武部。
是日，国军战车部队一排参加淳化保卫战，该部撞碾毙伤日军40余人，但损毁3辆。
12月6日晨，由土桥前进日军已进至索墅镇，并派队向淳化镇扫荡，大批日机轮番轰炸。淳化正面阵地战斗更加残烈。
据档案记载：“我军沉着应战，并派队向索墅镇反攻；缴敌旗数面，枪十余支，斩获颇多。”
至下午，守卫湖熟镇阵地的一个连大多牺牲，仅剩20余人成功突围。
自1937年12月7日晨，由湖熟北进的日军500余人，由咸墅，李墅攻击宋墅，下王墅，并向方山迂回。
日军与第51师第302团激战，又以一部200余人向上庄攻击。企图由左翼进攻，迂回包抄淳化国军。
战斗异常激烈，第51师机枪排掩体被击毁10余座，但国军官兵仍奋勇拼杀，毙敌甚多；阵地也屡失屡得。
战斗进行至8日，双方战斗到白热化，日军先后发起十余次进攻，均被国军击退。
此战日军伤亡五百余人，国军伤亡九百余人，另缴获战旗十余面，地图2幅。
当天清晨，日军从湖熟方面增派2000余人，火炮10余门，向下王墅至淳化间阵地发起进攻。
同时，敌主力由上庄抄袭破口山，企图切断国军守军退路。
据第51师“战斗详情”记载：“战况之烈，炮火之密，前所未有。我部在硝烟弹雨中仍拼死撑持，与敌肉搏冲锋，杀声震天。”
该师经终日战斗，损失严殆。第301团代团长纪鸿儒负重伤，被抬下火线。该团连长伤亡9人，排长以下伤亡1400余人。
日军第9师团第36联队战史记载：“血战之日猛烈攻击”“部队多有伤亡，疲惫至极。”
至1937年12月8日晚，第51师奉唐生智命令，放弃淳化向河定桥、麻田之线转移。
在撤退中，第51师第305团在管头，上坊镇之间，与敌激战甚烈。团长张灵甫负伤，连排长以下伤亡600余名。
第51师其他各部，在撤退中有六十多名官兵误入日军进攻部队中，遭到残杀。
第74军第58师冯圣法部，则在牛首山、将军山与日军最精锐的第6师团第13联队冈本保之部，第45联队竹下义晴部及第114师团一部苦战。
牛首山阵地原筑有永久国防工事，但第74军官兵刚接防时发现：由于工事管理不善，有些碉堡被土埋着，有些大门紧锁无法打开；还有些机枪掩体枪眼太大，很容易被发现。冯圣法将军见状，率部紧急修筑临时工事。
1937年12月7日，日军在空军掩护下，向牛首山发起持续猛攻。当时的中央通讯社即时报道第58师英勇事迹：
“我军居高临下，以手榴弹及钢炮弹阻截敌机械化部队。我某一营死守前高地，牺牲殆尽后，另一营立即挺至，继续奋战。敌机二三十架在殷巷镇与高井巷间滥事投弹，终日未息。我营长阵亡两名，伤一名，团长轻重伤各一，士兵死亡数百；同时敌亦伤亡三百余人，遗坦克车五辆。”
8日一早，进攻牛首山日军，又以40余辆坦克为先导，向将军山附近猛扑。第58师以反坦克炮射击，毁其6辆，迫敌后退。
但是第58师右翼阵地，遭到日军精锐重兵打击；第347团长石被天重伤，营长张介夫，姚永发先后阵亡；官兵伤亡八百余人。
南京卫戍军总部根据第74军右翼江宁镇无法坚守态势，于8日晚命第74军由淳化-牛首山一线，收缩至河定桥-牛首山一线。
9日凌晨，日军又向牛首山发起新一轮攻势，第58师官兵奋勇拼杀，但终因其右翼撤退过早，致牛首山阵地益显孤立。
日军步兵第45联队竹下义晴部与第13联队冈本保之部，经过30余次反复冲杀，方将牛首山、将军山攻陷。
日军第6师团战史中称：“12月8日夜，步兵第13联队冈本保之部与敌军得复进行了夜袭和反击，激战持续了一整夜。半夜时分，我军终于夺取了将军山，9日拂晓，第一线中队攻占了牛首山。”
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注①注：南京保卫战，国军并非像国内影视剧及媒体长期描述，一味坚守，而是发起多次反攻。
注②中日坦克战至此始。