中国统帅部此时深感事态严重，在17日和18日三次开会讨论南京防御的问题。会议上多数将领认为部队亟需休整，而南京在军事上无法防御，建议仅仅作象征性的抵抗，只有唐生智以南京是国家首都、孙中山陵寝所在，以及国际观瞻和掩护部队后撤等理由，主张固守南京。中国最高统帅蒋介石期望保卫首都的作战对纳粹德国的外交调停有利，并且以为能够等到苏联的军事介入。出于内政和外交上的考虑，蒋介石最终采纳了唐生智的建议，决定“短期固守”南京1至2个月，于11月26日任命唐（阶级上将）为南京卫戍军司令长官，负责南京保卫战。副司令长则为罗卓英及刘兴。[6]
根据坚守南京的决策，中国统帅部在12月初日军接近南京城之前共调集了约13个师又15个团共10万余人（一说约15万人）的部队保卫南京。这些部队中有很多单位刚刚经历了在上海的苦战和之后的大溃退，人员严重缺编且士气相当低落，而新补充的数万士兵大多没有完成训练。唐生智多次公开表示誓与南京城共存亡，对蒋介石则承诺没有命令决不撤退。为了防止部队私自过江撤退，唐生智采取了背水死战的态度。他下令各部队把控制的船只交给司令部，又将下关至浦口的两艘渡轮撤往武汉，还命令第36师封锁从南京城退往下关码头的唯一通道挹江门，这一“破釜沉舟”的命令给后来的悲剧性撤退埋下了隐患。
1937年11月20日，中国国民党政府发表《国民政府移驻重庆宣言》，政府机关、学校纷纷迁往内地，很多市民也逃离了南京。在6月有101.5万城乡居民的南京市，到了12月初的常住人口据估计还有46.8万至56.8万人，这还不包括军人和从前方逃亡到南京的难民。22日，本着人道主义精神留在南京的二十多位西方侨民成立了南京安全区国际委员会，他们提出在南京城的西北部设立一个给平民躲避炮火的安全区。29日，南京市市长宣布承认安全区国际委员会，并为安全区提供粮食、资金和警察。唐生智还承诺将部队撤出安全区。1937年12月5日，国际委员会收到日本政府模棱两可的回复，随即开始了安全区的工作。
1937年12月1日，日军攻占江阴要塞，同日，日军下达进攻南京的作战命令，南京保卫战开始。
1937年12月2日，江阴防线失守中国海军主力第一舰队和第二舰队在中日江阴海战中被全数击沉，作为南京国民政府唯一一道拱卫京畿的水上屏障失守。
1937年12月10日日军发起总攻，12月12日唐生智下达突围、撤退命令，中国军队的抵抗就此瓦解。
