这一天，日军国崎支队于当涂附近渡过长江，之后急促地向浦口运动，中国南京守军的唯一退路眼看就要被截断了。南京外围主阵地两天之内丢失殆尽，城郭阵地每一处都形势危急，而日军国崎支队的渡江更令十万南京守军命悬一线。十一日中午，由于意识到南京守军有被围歼的可能，蒋介石开始考虑放弃南京的问题。晚上，蒋介石的电报来了：“如情势不能久持时，可相机撤退，以图整理而期反攻。”十二日拂晓，日军对南京城郭所有阵地发动了空前猛烈的攻击。
在水西门方向，王耀武的第五十一师死守城墙，当日军突破城墙冲进来时，官兵们只有以血战到死的勇气发动反击。在雨花台方向，中国守军第八十八师第二六四旅连同工兵营在内全部上了前沿，日军一次又一次地冲上山顶，一次又二次地被守军反击下去。在雨花台阵地四周，日军付出了伤亡千人以上的代价，致使雨花台前双方的尸体叠摞在一起，鲜血汇成涓涓小溪。第八十八师内无粮弹，外无援兵，日军步兵在重炮、飞机和坦克掩护下浪潮般地发起攻击，最终第八十八师伤亡殆尽。上午十时，雨花台阵地陷落。第八十八师残部退守中华门，在残破的城墙上继续阻击。
下午，中华门西面的城墙数处倒塌，日军蜂拥而入。中国守军第八十八师从中华门撤走后，中华门内的南京市民也纷纷向城北逃去，以至于南京城内秩序大乱。那些残剩在城内的成百上千的守军官兵，因为身边是手无寸铁的百姓，他们只能向着日军蜂拥而入的地方“自发地迎上去，用自己的身躯阻遏敌人的长驱直人”。但是，一切牺牲都已无济于事。背靠长江的南京城，所有的城门都已被攻破。
黄昏，唐生智召集师以上军官会议，他首先问询将领们是否还能坚守，没有一人应声。于是，他将蒋介石“可相机撤退”的电报给大家看了，然后分发已经制订好的突围命令和计划。南京卫戍军发布了司令长官突围令。当时南京的东、南、西三面都已被日军封锁，只有北面靠着长江弯道的下关码头日军尚未抵达。于是，下关码头便成为南京守军北渡长江相对安全的唯一突围通道。由于不可能所有部队全都拥向一个码头。因此按照突围计划，除宋希濂的第三十六师、宪兵部队、直属部队和负责掩护的第十军被命令于下关码头北渡长江外，其余部队基本上是向南京的东、南、西三个方向正面突围。
接下来，唐生智犯了一个严重的错误——这个错误被认为是导致南京守军溃散的重要原因之一一他下达了一个突围计划上没有的口头命令，允许第七十四军，第八十七、第八十八师以及教导总队北渡长江突围。被允许渡江撤退的都是中央军嫡系部队。这一命令，给其他部队不按计划各自突围提供了借口。南京守军的混乱由此不可逆转。十二日晚，唐生智命令卫士们把他的唐公馆焚毁，然后带领随从前往下关码头，登上早已准备好的一艘机动船，直接驶向了江北岸的浦口。上岸后，本想去滁州，得到日军正在包围而来的情报后，改向扬州。
南京守军各部队获悉撤退命令后，没有协同没有掩护甚至没有任何部署，所有的人立即放弃阵地开始撤逃。特别是绝大多数将领根本没有落实突围计划，有些甚至在接到撤退命令前就已离开了部队。更严重的是，那些负有固守阵地掩护撤退任务的部队，无一执行命令。卫戍军长官部之所以命令第十军固守乌龙山要塞，是因为乌龙山要塞俯瞰下关码头，一旦乌龙山阵地丢失，日军不但可以用炮火直接封锁下关码头及其长江江面，而且随时有居高临下直冲过来的可能。但是，布置撤退的会议刚刚结束，第十军便立即放弃了所有阵地。在军长徐源泉的带领下，第四十一师和第四十八师残部，从长江边上的周家沙和黄泥荡两处，登上了预先准备好的民船北渡长江，然后经安徽去了江西。——这支担负掩护南京守军撤退任务的部队，竟然成为南京守军中最早撤出的部队。
由于下关码头是唯一可以逃生的地点，同时南京守军也误认为既然部署从那里撤退，那里必有大量的船只在等着他们。于是，无论是否应该从下关北渡长江的部队，都一齐沿着中山路向下关码头蜂拥而去。他们必须通过挹江门。挹江门有三个门洞，左右两个均被堵塞，只有中间一个可以通过。部队蜂拥而至，争抢通过，互不相让，各路作战部队与维持秩序的第三十六师发生冲突几乎火并。教导总队第一旅二团谢承瑞团长，曾勇敢地率领官兵歼灭了光华门门洞里的日军——竟然在成千上万官兵的拥挤中被踩死了。
出挹江门，便能看见长江了。之前，为防止部队私自撤退，南京卫戍军长官部命令所有的船只必须上缴，上缴的船要么被运到对岸的浦口了，要么被开往长江中游的汉口了。此刻，唐生智的破釜沉舟令南京守军无以逃生。那些无船可乘的官兵，或是抱着门板、木桶，或是临时制作木筏向对岸划去，有的干脆跳入江中游水。而大量的南京守军，还是被滞留在下关码头附近的长江边，他们因此成为追击而来的日军的俘虏。
一九三七年十二月十四日一南京沦陷的第二天——逃亡中的唐生智宣布南京卫戍军司令长官部撤销。南京保卫战至此结束。傅作义守太原守了四天，唐生智守南京也守了四天。可是，南京不是太原，中国首都的迅速陷落令世界为之震惊。日军“拒绝对中国使用国际法”。日军对南京放下武器的中国军人以及手无寸铁的中国平民的施虐与屠杀，成为人类历史上最凶暴、最野蛮、最残忍的事件之一，其永不可恕的反人类罪行令全世界闻之发指。
日军在南京屠城之际，北平阴郁的冬云下，一个由日本人扶植的名为“中华民国临时政府”的伪政权成立了。这个伪政权成立的时间，选在了南京陷落的第二天，这令日本方面很满意。出面组织伪政权的中国人叫王克敏，浙江杭州人，曾留学日本，北洋军阀时期担任过财政总长、中国银行总裁，后出任北平政务整理委员会代理委员长和冀察政务委员会经济委员。他在发布的宣言中声称他的伪政府将奉行“中日亲善”“铲除共产主义”和“确立东亚和平”。这是中国全面抗战以来出现的第一个伪政权。
无论政治、军事，还是世道人心，中华民族都到了最危险的时候。南京沦陷的第三天，一九三七年十二月十五日，蒋介石发布《为我军退出南京告国民书〉。文告的主旨是：一、“中国持久抗战，其最后决胜之中心，不但不在南京，抑且不在各大都市，而实寄于全国之乡村与广大强固之民心”。二、“精神一日不灭，即我国家民族亦一日不亡”；“若遂自甘退屈，则精神一弛，国随以亡，奴隶牛马之辱，有十百于今日战争之痛苦而不止者”。三、“抗战到底为本务，则目前形势无论如何转变，唯有向前迈进，万无中途屈服之理”。中国政府与中国人民决不屈服。苦难中的中国，“舍抗战外无生存”！