南京的第一名山是鍾山，一名紫金山。三國吳宮後苑，連接鍾山之西，築成一座苑城；亦就是六朝侯景作亂，餓死梁武帝的台城。
台城的地勢險要，「其地據高臨下，東環平岡以為固，西城『石頭』以為重，帶玄武以為險，擁秦淮、清溪以為阻。」洪秀全建立「天京」以後，就台城的廢址，構築石壘，稱為「天保城」。曾國荃圍金陵，也就是先攻克了天保城，取得優越的據點，方能控制全局。
如今各路革命軍，包括浙軍、鎮軍、蘇軍、以及滬軍先鋒隊等等，因為都是由東而來，所以集中在堯化門以及馬群至明孝陵一帶；而明孝陵之北，就是天保城。革命軍西向進攻南京東城，無可避免地要為天保城上的清軍砲台所制壓。
因此，召開軍事會議時，認為天保城地勢峻嶒，懸崖錯出，守者據此，猶泰山為屏障；攻者據此，得高屋建瓴之利，俯瞰全城，為進攻所必爭的主張，獲得了廣泛的贊同。
十月初九，鎮軍第三標統帶李玉昆，領到大批槍彈，開到堯化門宿營。當夜，徐紹楨召集軍事會議，決定蘇軍擔任左翼，進攻雨花台；浙軍、鎮軍、滬軍先鋒隊會攻天保城。第二天上午，徐紹楨正式下令，午飯以後展開行動，由鎮軍及滬軍從北向南攻擊；浙軍擔任接應及派隊防堵天保城清兵竄擾的任務。
鎮軍第三標一共三營，由堯化門營地出發，剛越過滬軍鐵路線，就遭遇到了天保城上的猛烈砲火；幸好滬軍先鋒部隊的砲兵，及時趕到，雙方展開砲戰。但仰攻的比較吃虧，所以第三標雖有砲火掩護，卻不能有所進展。而天保城上的清軍，則「更上層樓」向西攀登紫金山；這顯示出清軍有抵抗的決心，即使天保城被佔領，亦可從更高處向下反攻。
在南面的浙軍，因為鎮、滬兩軍力戰無功，決定組織敢死隊支援。朱瑞聽從參謀張兆辰的建議，頒布四條賞恤命令：第一、奪取天保城的官兵，當敘為攻取南京的第一頭功；第二、奪取天保城的官兵，事成後每員賞銀洋五十圓；第三、奪取天保城的官兵，遇有傷亡者，加倍撫恤；第四、凡奪取天保城上鑄銅像、立紀念碑，刊刻官職姓名，流芳千古。而革命志士，為了爭取流芳千古的機會，各營自告奮勇的很多；經過一番挑選，中選的一共兩百有餘，個個英氣勃勃，精壯非凡。
於是朱瑞委任張兆辰為浙軍敢死隊指揮官，另一位幕僚葉仰高為參謀。兩百餘死士，編成兩個支隊；張、葉二人各領其一。
到了下午三點鐘，不但編組完成，而且作戰計畫也決定了。第二支隊由明孝陵、圓通寺進攻；第一支隊繞到東面，由白骨墳沿東灣上中茅山，拊敵之背。
第一支隊很快地與繞到山南的第三標及滬軍先鋒隊，會合在一起；鎮軍第三十五標亦加入戰線，但不久即因彈藥告罄而退出。相持到夜，天保城上的清軍，藉助於探照燈，對革命軍的動向，一覽無餘，砲火更加得力。但不防另有一支隊伍——張兆辰的第一支隊，從山澗中，攀巖緣壁，到達天保城北面，發動攻擊；清軍受了牽制，山南革命軍的壓力便減輕了，葉仰高領隊急進，佔領了一座小山，奪得一門山砲，一挺機關槍。
其時天保城的清軍，已用電話向城內求援；援軍一出太平門，就遭遇到便衣隊的伏擊，慌忙逃回城內，回復天保城的清軍，無法支援。情勢對清軍大為不利，天保城便派人持著白旗，到山南革命軍陣地來接洽投降。
革命軍不防有詐，正在停火談判時，天保城上槍砲大作，革命軍中了暗算，損失慘重。第三標死了一位姓楊的營長，兩位連長，五位排長，一百多位士兵；葉仰高亦中砲陣亡，小山得而復失。可是第二支隊的兩個排，及鎮軍第三標的第三營，卻堅守著原來的陣地。
午夜一過，氣候突變；皎潔的月色為濃密的浮雲所掩，猛風頓起，繼以雨雪。革命軍從下午開始作戰，十個小時不曾獲得任何飲食；在饑寒交迫之下，反激發出更多的勇氣，更大的決心，要肉搏衝鋒，與天保城作一番最後的周旋。
由於浙軍葉仰高、鎮軍楊韻珂的陣亡，更激發了兩軍將士同仇敵愾的義憤，冒著天保城上猛烈的機關槍火力，利用巖谷地形的遮蔽，一步一步進逼，終於在曙色初露之時，分別躍登砲台，守軍全部投降。
於是天保城上的山砲，立即成為攻城的利器。第一個目標是天保城東南方面、太平門內的富貴山砲台，炮手名叫於魁，他的技藝是連德國駐華武官都佩服的，連發二十餘砲，砲砲命中。第二個目標是玄門內的北極閣，是兩江總督張人駿及江寧將軍鐵良指揮作戰的所在地，為浙軍所轟擊；此外朝陽門、太平門、旗營，亦在天保城砲火籠罩之下。
但是，江浙聯軍卻是各自為政。總司令徐紹楨並不能親臨敵前督戰，或者掌握全局，聯絡各方；因此鎮軍都督林述慶儼然最高指揮官，在視察了天保城以後，打算調兵攻城，誰知號令不靈。所以天保城雖經攻克，而局勢反見沉悶了。
到了下午，美國領事麥霖，與林述慶取得聯絡，代表清軍接洽投降。林述慶提出三項條件，約定本晚停火；由麥霖轉達條件後，第二天上午再做進一步的接觸。
其時擔任鎮軍「第一鎮統制」的柏文蔚，原負攻佔浦口的責任，收集潰卒，得揚軍徐寶山之助，軍威大振，並有八挺機關槍，力足以奪浦口。城內清廷大吏得報，深恐後路一斷，無處逃生，所以決定不投降而棄城。張人駿與鐵良，通過日本駐華外交官的關係，悄然搭乘日本軍艦避走上海；張勳席捲江寧官庫，搭津浦路火車北逃，結果還是遺下了好些輜重，繼有元寶十六萬兩，銅元二十多箱。
這一變化，會攻南京的江浙聯軍並不知道。第二天上午，林述慶在太平門外與麥霖見了面，方知張勳等人，已經棄城而遁。林述慶見大敵已去，便欲攻城；美國領事勸他不必如此，因為巡防營的趙統領，已決定投降。林述慶還防其中有詐，派一名隊官、數名士兵受降。南京就這樣在全國革命聲勢籠罩之下光復了。
於是林述慶並不通知友軍，亦未報告聯軍總司令，施施然策馬入城，進據兩江總督衙門，隨即通電各省：
鎮軍本晨十時，奪南京城。刻已進城內，謹聞。述慶、侵。
接著便自稱「臨時寧軍都督」，接見地方士紳、各國兵船艦長；同時專函分請聯軍總司令及浙、滬、蘇各軍進城。地方商會送來一筆犒賞革命軍的鉅款，以及接收的公款十餘萬兩銀子，亦都為林述慶秘密收下了。
這一下，林述慶犯了眾怒，甚至名義上屬於他指揮的第三標官兵亦深為不滿，推派代表去見徐紹楨，指控林述慶侵吞地方犒賞的款項。態度最激烈的是鎮軍的砲兵司令趙開運，在北極閣上架起大砲，砲口已對準了「都督府」。
第二天下午，柏文蔚從浦口渡江來看林述慶；一見面便責備他說：「此時何時？竟爭名位！徐固老固然也有不對的地方，但既然是聯軍總司令，當然應該以他為都督。」
「是我先進城的啊！」
柏文蔚也有些氣了；造成南京光復的兩大原因是：第一攻克天保城；第二奪浦口。林述慶如何可以貪天之功、侈然自大？
「你不過接洽受降而已。」他說：「聽說攻天保城那一夜，徐固老請你增援，你在那裡睡覺，而覆信竟說：『述慶本日正午親率各隊攻天保城，指揮督察，心身俱瘁。』又說：『目睹士兵傷亡，五內如割。』第三標士兵都笑你說夢話。而況，既然『五內如割』，如何又能上床睡覺？」
「我是到陣地去看過的。」
「這不去說他，你昨天進城做了一首詩，什麼『如此江山收一戰，居然還我漢家營』，彷彿南京是你力戰經營，一個人打下來的。這不讓大家寒心嗎？你又通電各報館，說『今晨十時，鎮軍都督親率大軍，攻克金陵，林都督現暫居督署』，請問這又置徐固老於何地？現在閒話少說，武漢形勢不利，南京光復，立刻就該北伐，豈可起蕭牆之禍？」
「等我考慮一下。」
「那有時間容你考慮？」柏文蔚警告他說：「趙小軒的大炮無情！」
林述慶迫不得已，以北伐總司令的名義，交換都督；而徐紹楨為了表示風度，亦不肯取林而代之。結果是公舉程德全為江蘇都督；十月十六日進駐南京。
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很明顯地，從上海、杭州光復以後，革命勢力的重心，已由長江上游移向東南了。
在九月二十一日，程德全與湯壽潛聯名致電滬軍部陳英士，倡議各省公舉代表在上海集議，進行組織臨時中央政府。陳英士全力表示支持，使得各省駐上海的代表，能在四天以後就召集了第一次會議，組織了「各省都督府代表聯合會」。
集會前一天，程德全發出通電，主張公電懇請孫中山先生回國，組織臨時政府，統一事權。各省覆電多表示贊成；因此代表聯合會，首先要討論的就是臨時政府設在何處？結果決議以上海為臨時政府所在地。
那知黎元洪得知消息，發表通電，要求在武漢組織臨時政府；並派居正為代表到上海來活動。各省代表聯合會，因為武漢危急，南京未