为改变这种战局，日寇拟在杭州湾北岸登陆。10月20日，组建第10军，辖第6、第18、第114师团。接着，又组建华中方面军司令部，以松井石根为司令官，统一指挥日军在华中地区作战，11月5日拂晓，日军第10军在强大火炮配合下，冲破中央军守备海岸的极为单薄的兵力，于乍浦东北之全亭、漕泾等处登陆，分路直扑松江，对中国上海守军实行迂回包抄，切断上海守军沪杭退路。与此同时，日本第16师团在上海北75公里处的白茆口登陆，苏州河方面之敌，加紧向右岸攻击，以相策应，致使中国守军处于腹背受敌状态。蒋介石于8日晚下令撤退，11月11日夜上海完全失陷。
上海失陷后，日军很快占领了苏州、无锡、常州、镇江及许多县城。日军所到之处，焚烧、抢劫、奸淫和屠杀也随之而来，江南秀美的土地在遭受日寇的践踏，无数中国同胞遭受杀戮。日军军官今井武夫回忆道：
“从上海到松江这30里路程的范围内，宛如一片沙漠，但见未经收割的水稻，倒在田里发霉，焦黑的废墟、毁灭的村舍，点缀着沿途的景色。”
一个外侨回忆说：
“松江是沪杭路上的一个繁荣的县城，现在却呈现着满目荒凉，极度破败的景象。所看见的生物，只有野狗，因吃了死人肉，而不自然地臃肿起来。松江全城，本来可以容纳10万人左右的居民，我却只见到5个年老的中国人……”
在占领苏州、无锡、常州、镇江等地后，日寇的目标瞄准了国民党政府所在地——南京。
12月1日，日军最高统帅部为攻克南京调整了华中方面军的战斗序列：以松井石根为司令官，下辖上海派遣军(包括藤田进的第3师团、吉住良辅的第9师团、山室中武的第11师团、荻洲立兵的第16师团、中岛今朝吾的第16师团和伊东政善的第101师团)和以柳川平助为司令官的第10军(包括谷寿夫的第6师团、牛岛贞雄的第18师团、未松茂治的第114师团和第5师团国崎率领的一个支队)。攻打南京的战斗开始后，松井石根除留101师团留驻上海外，集中其余所有兵力分兵三路，扑向南京。右路以第11、第13、第16师团，沿京(南京)沪铁路向西进犯，攻夺乌龙山要塞，并渡江北上，切断津浦线和江北大运河；中路以第3、第9师团，循南京到杭州的公路攻击；左路以第6、第18、第114师团和国崎支队，沿广德、宣城一线西进，直取芜湖，以切断南京守军沿江西去的退路。
日寇一天天逼近南京，蒋介石仍未坚定抗日决心，更加烦躁不安。11月20日，蒋介石政府发表迁都重庆的通告，名义上是为“长期抗战”，实质上是逃跑政策。临走之前，蒋介石作了短期固守南京的决定，任命唐生智为南京卫戍司令长官，罗卓英、刘兴为副司令长官，率第2军两个师、第66军两个师、第71军一个师、第72军一个师、第74军两个师、第78军一个师、第83军两个师，还有教导总队、第103、1122师及其他部队，共约十余万人，部署南京保卫战。
唐生智按照蒋介石的指示，将兵力作了部署：以四个军的兵力组成以市郊汤山、栖霞、淳化、板桥等地为重点的外廓阵地，作为主要阵地；以三个师一个教导队的兵力，组成以城墙为依托的腹廓阵地；以宪兵团和警察总队在城内维持秩序，采取闭锁式或半闭锁式阵地就地固守。唐生智就职后，曾向中外记者发表谈话：“本人奉命保卫南京，至少有两事最有把握：第一，即本人及所属部队，誓与南京共存亡，不惜牺牲于南京保卫战中；第二，此种牺牲，定将使敌付出莫大之代价。”他为了表示破釜沉舟、背水一战的决心，要交通部长俞鹏飞撤销下关到浦口的轮渡，之后又禁止任何部队和军人从下关渡江。
然而在此之前，达官贵人、豪绅富户早已离开了南京。在蒋介石下迁都令后，政府官僚与富绅即慌乱不堪。下关各码头堆着他们千千万万的箱笼，这一部，那一署，通通挤在江岸上，公物固然有些，但其中绝大部分却是官吏私人的家具和行李。船舶管理所扣留了大批的船舶，商船几乎完全停止。普通人要走，只有搭外国船，而差船的分配，各机关彼此互相争执，其结果又要看机关主管力量的大小而定。
大大小小的官僚们在一片混乱失措中离开了南京，剩下的是无依无靠的老百姓。抗战前，南京居民约百余万，战争开始后，虽已陆续向各地疏散，但是能够离开南京的，多数是达官权贵，绅商大户，而广大居民是无法远走他乡的。正由于此，才使得这些无辜的百姓在后来成了日寇宰割的对象。
南京卫戍区司令唐生智的豪言壮语发出不久，即被眼前冷酷的事实所击毁。11月25日，敌军由三路进犯南京：东路沿沪宁线，攻南京正面；中路循宁杭线，取溧水、句容，袭南京之背；西路自广德、宣城、芜湖，以包围方式进攻南京。12月初，三路敌军均已进抵南京外围。12月6日，中路敌军自句容北犯汤山，与守军发生激战。7日，东路之敌进抵栖霞山，与守军接战。8日，西路之敌陷芜湖，形成了包围南京的形势。
当时南京守军有十余万，但唐生智放弃外围阵地，困守孤城，没有采取出击战术，有人把他的指挥讥之为“街亭式战术”、“坐以待毙的战术”。而守军多非唐生智的旧部，门户之见甚深，临战抗命者有之，遇敌即退者有之。对于这样的部队，唐生智又能有何作为？
12月12日，敌主力猛攻雨花台，至正午，雨花台沦陷。下午2时，敌军攻陷中华门，南京城被打开了一个缺口。下午5时，唐生智匆匆召开了20分钟的师长以上将领会议，将油印的突击命令交付各部队长，他本人却仓皇渡江逃走了。
13日，日寇占领南京。从此日寇在南京城开始了为期七周的惨绝人寰的烧杀、抢掠、奸淫，在现代文明史上写下了最可耻的一页。
1937年12月13日上午，日寇从雨花门、光华门、中华门三路侵入城内。当天入城的日寇，为谷寿夫师团。这些兽兵入城后，一部分立即占领早已人去楼空的国民党各级机关；一部分去抢银行和仓库；一部分则似野兽般地寻找屠杀的对象。于是，马路上的难民群，特别是中山北路、中央路和两旁街巷中的难民，就被他们当做战斗目标，使用机枪、步枪和手枪，疯狂地射击。成群的老人、妇女、孩子和混杂在人群中的伤员病号，随着枪声，纷纷倒卧下去，大多数当场死去。马路和街巷，顿时血肉狼藉、尸体纵横。然而，这仅仅是屠杀的开始。
14日清晨，日寇的坦克车队带头，炮队、各种车队涌进了南京城。他们人数很多，穷凶极恶地继续屠杀，并搜杀逃散到其他街巷中的难民，枪声、手榴弹的爆炸声，连成一片，没有片刻停息。经过13、14两日的屠杀，中山路和北路、中央路两旁的街巷，完全变成了血路。
从15日起，日寇开始了大规模的集体屠杀。在江中门外有2000人被杀。这一天下午，日军士兵在一军官的指挥下，到司法院等难民收容所检察和搜捕青壮年，将男女平民千余人，警察四百余人(着制服百余，脱下制服的三百余人)，共计约两千人，押至汉中门外，用机枪扫射后，复以刺刀捅。然后用木柴浇上汽油焚烧。
据当年在汉中门外死里逃生的警士王针元陈述：当时警士大部分集中于水西门、汉西门一带。南京失陷后，警士们陆续被日军押至城墙下，用机枪扫射，集体屠杀。王身卧尸堆下，足部受重伤，忍痛逃至山西路难民区躲避，后经医治，断去一足，遂成残废。在后来审判谷寿夫时，王针元曾出庭作证。
曾目击汉中门外大屠杀惨状的警察陈永清说：“民国二十六年(1937年)12月15日，日本中岛部队在南京难民区境之司法院查出军民以及警察等人合共两千余人，用轻机枪12挺将一介人等押送汉中门外，每行列用绳捆绕圈住，然后用机枪扫射，死了的和受伤的都被日军用木柴汽油焚烧之。”
同一天，日军在鱼雷营屠杀九千余人，后又在宝塔桥、鱼雷营一带大肆屠杀，被害者多达三万人以上。12月15日夜，有平民和放下武器的军人九千余人，被日军押往海军鱼雷营，用机枪密集扫射，除殷有余等九人逃出外，其余全部被杀害。此次集体屠杀因在夜间进行，殷有余等几人，闻枪声立即倒下，幸未被枪弹打中，得免于死。
在鱼雷营、宝塔桥一带，日军还进行了一些零散的屠杀。抗战胜利后，南京大屠杀敌人罪行调查委员会李龙飞作了详细调查，结论是：日军在鱼雷营、宝塔桥一带，共残杀军民三万人以上。南京审判战犯军事法庭认定：“民国二十六年(1937年)12月间，在城外宝塔桥及鱼雷营一带，屠杀军民三万人以上，尸横遍野，惨不忍睹。”
日寇挥舞屠刀不停地向无辜的人们砍着。12月16日，日军在中山码头集体屠杀五千余人。
屠杀仍在大规模地进行着，请看下面的一连串记录：
12月17日，日军在煤炭港集体屠杀三千余人。
