12月10日，日軍發起總攻。日軍見中**隊拒絕投降，遂向雨花臺、通濟門、光華門、紫金山第3峰等陣地發起全面進攻，戰況較9日更為激烈。特別是城東南方面，因復廓陣地已基本喪失，日軍直接進攻城垣，所以形勢尤為嚴峻。衛戍司令部急令第83軍的第156師增援光華門、通濟門城垣的守備，並於城內各要點趕築準備巷戰的預備工事，同時將第66軍由大水關、燕子磯調入城內，部署於中山門及玄武門內構築工事，準備巷戰；另以剛剛由鎮江撤入南京城內的第103師及第112師由教導總隊總隊長桂永清指揮，負責中山門附近城垣及紫金山陣地的守備。當夜，第156師選派小分隊墜城而下，將潛伏城門洞中的少數日軍全部殲滅。

雨花臺方面，日軍第6師團和第114師團個主力，調集步、炮、坦克及航空兵協同攻擊，將第88師右翼第一線陣地全部摧毀，戰況尤為慘烈，第88師損失慘重，殘部退守第二線陣地。

12月11日，日軍第16師團勐攻紫金山南北的中**隊陣地。紫金山及其以南地區，教導總隊堅決抗擊。激戰終日，日軍毫無進展，惟其右翼部隊攻佔了第2軍團防守的楊坊山、銀孔山陣地，進至堯化門附近。日“上海派遣軍”為使其第16師團進攻容易及適時切斷守軍的東退道路，又從正在鎮江等船渡江的第13師團中調山田支隊（第13師團兵步第103旅團長山田指揮的步兵3個大隊、山炮兵1個大隊），從第16師團右翼加入戰鬥，向烏龍山、幕府山炮臺進攻。日軍第10軍的第114師團及第6師團主力繼續攻擊雨花臺。第88師的第二線陣地又被摧毀，守軍被迫據守核心陣地。日軍第114師團右翼部隊開始攻擊中華門，城門被炮火擊毀。少數日軍一度突入城內，但被第88師據守城垣的部隊殲滅。日軍第6師團左翼部隊之一部沿長江東岸北進，在上新河擊退憲兵教導2團的1個營，佔領了水西門外的棉花堤陣地。

南京保衛戰期間，老蔣所在的武漢大本營對南京的戰況也極為關注，每日均有詢問及指示的電報，當老蔣發現撤至南京部隊的戰鬥力及士氣已遠不如淞滬作戰，南京外圍主陣地帶僅防守兩三天即告失守，而復廓陣地立足未穩即在主要方向上又被敵突破、迫逼城垣時深感形勢嚴峻；當得蕪湖失守，日軍第18師團主力正準備渡江北上之時，更感局勢危急。

為避免南京守軍被敵圍殲，老蔣於11日中午考慮令南京守軍撤退，遂令時在江北的顧祝同以電話轉告南京衛戍司令唐生智。顧要唐當晚渡江北上，令守軍相機突圍。唐生智由於自己曾力主固守，現在若突然先行撤走，怕今後責任難負，因而要求必須先向守軍將領傳達清楚最高統帥的意圖後方能撤離。當晚，老蔣致電唐生智：“如情勢不能久持時，可相機撤退，以圖整理而期反攻。”接到了老蔣的這份電報，唐生智這才安心。當夜與羅卓英、劉興兩副司令長官及周參謀長研究後，決定於14日夜開始撤退。遂於12日凌晨2時許召集參謀人員制訂撤退計劃及命令。

12日，天剛亮，日軍第6師團和第114師團再次調集主力部隊，對雨花臺陣地發動了勐烈的進攻。

日軍集中了上百門各型火炮，勐轟我雨花臺陣地，炮彈如同冰雹一般不斷的砸在我軍陣地上。天空之中，日軍戰機唿嘯而過，肆無忌憚的將一串串炸彈丟到了我軍陣地上，鬼子的飛機不時的俯衝而下，用機槍不斷的掃射著我軍陣地。

“轟~！轟~！”劇烈的爆炸聲連續不斷，整個雨花臺陣地瞬間被炮火所籠罩，陷入了一片火海之中。陣地上的防禦工事被摧毀殆盡，守軍更是死傷慘重。

經過長時間的狂轟爛炸之後，隆隆的炮聲終於逐漸停止了下來。鬼子的陣地上，大批的鬼子兵嚴陣以待，已經做好了進攻的準備。

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