卡爾遜也坐著船來到了南京。他面前的南京城已成為一座死城，街道上空無一人，只有軍用卡車在不停地來回賓士。
卡爾遜此行的目的，是要通過蔣介石的洋顧問端納，弄到一張前往八路軍控制區的軍用通行證。因為他的朋友斯諾告訴他，八路軍正在北方實施一種名為「游擊戰」的戰術，卡爾遜對此很感興趣。
當然另一件事也是卡爾遜急切想要知道的。在別人的引薦下，他拜見了守城總指揮唐生智。唐生智向他保證：「我要保衛南京直到最後一個人。日本人可能最終佔領這座城市，但他們要為此付出很大的代價。」
相比於誓言和決心，如何守城才更為關鍵。可是在兩人的談話中，唐生智主要講的都是街壘戰戰術以及城裡使用的防守措施，對在城外建立一個立足點，連一個字也未涉及。
就軍事角度而言，守城的前提是必須守住城郊要點，從而形成防守縱深，否則的話極容易遭到突破。畢業於保定軍校的唐生智擁有二十多年的從軍履歷，在軍閥混戰中還曾和蔣介石對著干過，顯然他不是不知道這些，而是本身對守衛城郊就缺乏足夠信心。
卡爾遜的心沉了下去。在拿到軍用通行證，離開南京之前，他就斷定，這座明王朝的第一個都城即將陷落，而且陷落的時間已為期不遠。
其實接到守衛南京命令的將領們也大多做如是想，他們身在江南但心在江北，都恨不得能像第一軍那樣早一點脫離是非之地才好。為此，蔣介石特意召開了保衛南京的軍事會議，在會上，他很明確地點了題：南京不僅是中國的首都，還是「國父」孫中山陵墓所在地，棄守既關係國際聲譽，也影響軍心士氣，所以現在不是能不能守的問題，而是必須守。
唐生智接著表態，說自己願意做到鞠躬盡瘁，死而後已。在他們兩人講話後，到會的其他將領們面面相覷，原先想好的反對意見也都一個個吞下了肚。
俞濟時、王耀武雖然缺乏固守南京的信心和把握，但事已至此，也只好依令部署。12月3日，七十四軍開進了淳化鎮、牛首山一帶的既設陣地，其中五十一師負責守淳化鎮，五十八師守牛首山，軍部則設於通濟門外的一座村莊里。
南京郊區的既設陣地也是戰前就建好的，均系鋼筋水泥構造的國防工事，但由於倉促投入使用以及原先設計上的不合理，它們與實戰需要之間存在著相當大的脫節。當七十四軍進入陣地時，有的機關槍陣地鎖著門，又不知道該問誰去要鑰匙，還有的機槍掩體做得太大，非常容易被敵人發現目標。此外，工事和掩體之間既無地道，也無戰壕，更無縱深。
爛桃三筐不如鮮杏一個，這種憋腳的工事和掩體，真讓看的人想翻上一百個白眼才行。七十四軍只好重新進行搶修加固，門實在打不開的，乾脆就砸掉算數，縱然如此，由於部隊本身缺乏工程材料以及輸送力量，陣地仍無法達到預期的堅固程度。
淳化鎮、牛首山是日軍進攻南京城的必經之地。12月7日，當七十四軍還在搶修工事之際，進逼淳化的日軍小部隊就與五十一師警戒部隊交上了火。第二天，在飛機大炮的掩護下，日軍大部隊向淳化鎮、牛首山同時發起猛烈進攻，脆弱的守軍陣地被完全掩沒在炮火硝煙中，有的地方几乎被夷為平地。
儘管一開始就處於劣勢，但主陣地還在七十四軍手中。12月9日，日軍發動更大規模攻擊，尤以對淳化鎮五十一師的攻擊更為兇猛。他們用於破除工事掩體的利器主要是三十七毫米平射步兵炮，這是一種可以隨步兵衝鋒的火炮，專門用於消滅對方火力點，射擊精度相當高。
國防工事構造上的缺陷成了中國士兵的噩夢。平射炮彈沿著過大的機槍掩體開口就進來了，七十四軍的重機槍被炸壞了很多，官兵傷亡慘重，有的被炸斷了腿臂，有的連腦漿都被炸了出來，現場慘不忍睹。處於第一線的五十一師三〇一團差不多打光了，除團長紀鴻儒身負重傷外，團里的十二名連長傷亡了九人，排以下傷亡一千四百餘人。
當天，淳化鎮、牛首山陣地先後遭到突破。俞濟時見勢不好，急忙將戰況報告給唐生智，唐生智做出決定，讓七十四軍撤至水西門附近，到時以一個師擔任守備，一個師為預備隊。
黃昏時，七十四軍向水西門集結，王耀武下令由三〇五團斷後。三〇五團當晚即與追趕上來的日軍展開拼殺，在部隊快頂不住時，團長張靈甫親自端著手提機槍，率領臨時組織的敢死隊發起反衝鋒。
戰鬥中，張靈甫左臂中彈，受了重傷，但他堅持不下火線，以當年項羽至死不過江東的精神裹傷血戰。有團長帶頭搏命，三〇五團人人奮勇，終於通過夜戰將日軍暫時堵在了南京的東南郊。