南京地处南北要冲，战略地位非常重要，历来为兵家必争之地。武昌起义爆发时，南京驻有两支部队，一支是以旗兵和绿营兵为主的旧军，约2万人；另一支为新军新建陆军第九镇（师），5000余人，由统制（师长）徐绍桢带领。以旧军、新军为别，南京的政治力量明显分为两大派，清两江总督张人骏及铁良、张勋等，极端敌视革命，效忠清廷，其中尤以张勋最甚。新军中的广大官兵多为知识青年，受民主革命思想影响，对满清的腐朽统治广泛不满，加之闻名革命党人赵声、柏文蔚等曾在第九镇中广泛宣传革命思想，使得不少官兵倾向革命。
各地新军的起义，猛烈地冲击着第九镇官兵的心灵，也使张人骏等提高了对九镇的戒心。经过密谋，他们将第九镇部队调出城内，驻防于离城30多公里的秣陵关。并扣发新军的弹药，每个士兵只发三颗子弹；派出江防营部队在距秣陵关10多公里处驻防，以防御新军，同时每天派出侦探到第九镇驻地刺探军情；更有甚者，铁良的知己桂城竟企图行刺徐绍桢，被当场抓获。消息传开，九镇官兵义愤填膺，纷纷要求起兵举事。此时，上海、苏州、常州、无锡相继光复的消息传到兵营，徐绍桢遂决定率部起义。他一面派人去上海联系，以求得弹药的援助，一面召开各团队指挥官会议，布置行动筹划。
11月7日晚9点多钟，埋伏在城内的苏良斌派人送信给徐绍桢，说已密约巡防营、督署卫队营士兵半夜起义，请第九镇部队攻城策应。徐绍桢对这一消息未辨真假，加之时间匆匆，而且大部队调动已来不及，就未采取行动。8日破晓，苏良斌起义失败。第九镇在不知消息的情况下，决定按原筹划起义。
8日破晓，第九镇官兵向南都城挺进。中午11时，各路纵队到达距花神庙不远的一条河边时，立刻疏散行动。中央纵队的骑兵继续向花神庙前进，三十三标的部队通过姑娘桥，向望江矶一线展开，三十四标也向双哑巴树一线进击。设在石马村的起义军司令部与前方失去了联系，三个纵队相互之间也不通音讯，只好各自为战。下午5时，总指挥沈同午得到情报，说虽然城内苏良斌的起义已经失败，但仍有一支炸弹队埋伏城里，准备与攻城大部队里应外合。于是，他派出传令兵命令各纵队全线出击，进行夜袭。
晚7时许，中央纵队向雨花台方向发起冲锋，当部队冲到离雨花台只有一公里的地方时，士兵的5发子弹早已用完，只得隐蔽在田埂后。9日破晓2时30分，中央纵队组织了敢死队，在手榴弹爆炸的烟幕中，敢死队员一度攀上雨花台东峰，插上白旗，并徒手夺得两挺机枪，终因后续部队未能跟上，又被清江防营夺回阵地，几十名敢死队员壮烈牺牲。
在激烈的战斗中，虽然第九镇官兵作战英勇，战术机动，但由于没有弹药，部队疏散行动，无法配合，所以伤亡惨重。除中央纵队外，左、右两个纵队的希望也不顺利。9日天亮时，战斗局势已经明朗，攻城无望。为了避免更大的牺牲，沈同午下令全线撤退。在浓浓大雾的笼罩下，攻城的起义部队相继撤出战场，向镇江方向退去。这一仗，第九镇官兵伤亡数百人。
攻打南都城失利之后，第九镇统制徐绍桢立刻东去上海，与同盟会上海总部和各地革命党人驻上海的代表会商。当时全国的形势较为复杂，一方面，不停有新的省、市宣布独立，就全国而言，革命党人的力量日益强大；另一方面，武汉危急，被清廷重新起用的袁世凯玩弄反革命两手，在用北洋重兵围攻武汉的同时，又派代表到武昌进行和谈的试探。武汉的起义部队在黄兴的带领下正苦苦支撑。由此，上海都督陈其美主持会议，分析全国形势。粤军顾问长犹龙说：“欲定大事，非速攻南京不可。南京一日不下，武汉必危。武汉不支，则长江一带必不能保，满虏之焰复炽，祖国亡无日矣!”会议经过讨论，决定组建江浙联军，以徐绍桢为总司令，会攻金陵。
11月15日，参加会攻南京的各路人马齐聚镇江，统共约2万人马。正在围攻武汉的清海军“镜清”、“保民”、“楚观”等14艘舰艇，顺江而下来到镇江，投奔革命党人，使得会攻南京的联军水陆并进，军威大振。
革命军大兵压境，袁世凯给张勋电报称：“东南半壁，悉赖我公”。张人骏、铁良、张勋等决定死守南京，以江防营和巡防营为主力，在南都城表里各要点设防，准备依仗地形和武器的优势与革命军大战一场。
11月20日，江浙联军会攻南京的战斗打响。为了切断张勋逃跑的退路，联军司令部首先派镇军和扬军的两个营渡江进攻六合。22日，浙军朱瑞部进击麒麟门，与张勋江防营交战，战斗非常激烈。此时，清军在乌龙山、幕府山的大炮不时发射炮弹，威胁着前进中的联军部队。曾任幕府山炮台军官的同盟会员宫成鲲联络两台的一部分官兵，将炮栓拆下收藏。24日夜，粤军和浙军游击营乘兵舰在乌龙山麓登陆，炮台内起义士兵开栅内应，一举占领炮台。第二日，粤、浙两军继续配合，鏖战数小时，攻占幕府山炮台，使清军失去城外两座堡垒。同时，驻守在下关江面的清水师十三营的40艘战船起义，下关东西两座炮台也归向革命军。张勋失去了江防。
革命军用幕府山的大炮向仪风门、太平门的守军猛轰，张勋在城内的指挥部北极阁及两江总督署，也不时遭到大炮的轰击。11月25日破晓，浙军先头部队100余人在马群与清兵数千人相遇，陷入重围，正中午分，浙军大队赶到，与清兵混战。下午4时，浙军攻占孝陵卫，击毙清兵千余和张勋的得力助手、巡防营统领王有宏。26日，江浙联军全线出击，苏军刘之洁部由淳化镇进攻上方镇，下午占领高桥、龙桥，翌日晨攻占七桥瓮和上方镇；扬军徐宝山部进攻浦口，海军协同作战，炮轰浦口和狮子山炮台，使下关与浦口交通断绝；浙军朱瑞部和沪军洪承典部击退张勋的反扑，击毙清兵数百人，进至朝阳门（今中山门）外。战至此时，守城清兵基本上处于被包围态势，但城东的天堡城炮台，仍对联军构成威胁。
天堡城位于东郊紫金山第三峰（今紫金山天文台所在地），城高险陡，张勋在此驻扎江防军一营和机枪4挺、重炮10余门。联军以镇军、浙军、沪军围攻天堡城，鏖战数日，死伤众多，仍未攻下。11月30日，浙军构成近200人的敢死队，冒雨强攻，经过一天一夜的战斗，于12月1日攻克了天堡城。这一仗，联军伤亡了数百人，山上山下，随处可见尸体。镇军管带杨韵珂事迹尤为动人，他身中枪、炮弹，伤40余处，临终前高呼：“不夺此要塞，不要收殓我尸。”死时年仅30岁。同日，苏军也攻占了雨花台，将清兵压至城内，团团围住。
张人骏、铁良和张勋知败局已定，遂请美国领事和鼓楼医院院长、加拿大籍马林出头，要求联军允其出城。江浙联军命令守城清兵全部缴械投降，张勋所掠公款80多万银元必须全部交出，不然将于12月2日中午发起总攻。12月1日晚，张人骏、铁良在下关乘上日本兵舰，狼狈万状地逃离南京，住进了上海租界。张勋则带领残兵2000余人，出汉西门经大胜关渡江逃往徐州。2日，江浙联军发起总攻，攻城部队势如破竹，势如破竹。苏军自雨花台入南门，镇军自紫金山入太平门，粤军入仪风门，其他部队也相继入城。3日，浦口被扬军攻克，南京完全光复。（金陵文脉）
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