ทหารญี่ปุ่นเข้าประตูจงฮวาของกำแพงเมืองนานกิงขบวนรถถังญี่ปุ่นเข้าระดมยิงถล่มประตูเมืองหลวงนานกิง

กองทัพญี่ปุ่นกรีฑาทัพมาถึงชานเมืองนานกิงในช่วงต้นเดือนธันวาคม พลเอกอาวุโสถังเฉิงจื้อทราบดีว่าทหารในแนวตั้งรับไม่ได้รับการฝึกฝนและเสียขวัญกำลังใจซึ่งอาจนำไปสู่การทิ้งฐานที่มั่นโดยไม่มีโอกาสชนะ จอมพลเจียงออกคำสั่งยืนยันกับนายพลถังว่าขณะนี้เขาทราบดีว่าไม่สามารถเอาชนะได้ก็ให้ดำเนินการตั้งรับให้สุดความสามารถ ในวันที่ 7 ธันวาคมกองทัพญี่ปุ่นประกาศต่อทหารว่าหากทหารนายใดกระทำการผิดต่อกฎหมายและเสื่อมเสียต่อชื่อเสียงของกองทัพองค์จักรพรรดิในระหว่างการเข้าตีนานกิงจะได้รับโทษหนัก ทหารญี่ปุ่นประชิดกำแพงเมืองนานกิงในเช้าวันที่ 9 ธันวาคมและประกาศให้ทหารจีนหลังกำแพงยอมแพ้ภายใน 24 ชัวโมง แต่ไม่มีผู้แทนของฝั่งจีนปรากฏตัวเจรจา เวลา 13.00 น. พลเอกมัตสึอิ อิวาเนะและพลโทเจ้าฟ้าอากาสะ ยาสุฮิโกะสรุปว่าจีนไม่ให้ความสนใจต่อการเจรจาจึงออกคำสั่งบุกโจมตี

กรมทหารราบที่ 36 กองพลที่ 9 แห่งกองทัพญี่ปุ่นโจมตีประตูกวนฮวาอย่างหนักซึ่งเป็นที่มั่นของทหารจีนที่ไร้ประสบการณ์ในเวลา 14.00 น. ในช่วงบ่ายกำลังทหารจีนที่ประตูกวนฮวาเพิ่มขึ้นเป็น 1,000 นาย ป้อมปืนกลคอนกรีต รถถังเล็ก และปริมาณการยิงทำให้ทหารญี่ปุ่นบาดเจ็บล้มตายเป็นจำนวนมากแต่อานุภาพการทำลายล้างที่เหนือกว่าของญี่ปุ่นทำให้ทหารจีนต้องล่าถอยไป ในเวลากลางคืนทหารญี่ปุ่นใช้ปืนใหญ่ภูเขาทำลายส่วนหนึ่งของประตูทหารญี่ปุ่นบุกเข้าไปและจัดการกับทหารจีนที่ตั้งรับ นายพลถังทราบดีว่าขวัญกำลังใจของทหารต่ำจึงเรียกรวมผู้บัญชาการภายในกองพลที่กองบัญชาการ ที่ประชุมมีมติเป็นเอกฉันท์ว่าไม่สามารถชนะได้ นายพลถังไม่ยอมรับผิดชอบแต่เพียงผู้เดียวหากพ่ายแพ้ในการรบจึงให้ผู้ร่วมประชุมทุกคนลงนามเอกสารจากจอมพลเจียงไคเช็กว่าด้วยไม่ยอมล่าถอยนอกจากจำเป็นจริงๆจึงได้รับการอนุญาต ในวันที่ 12 ธันวาคมนายพลถังตัดสินใจหนีออกจากเมือง ในเวลานี้ประตูยี่เจียงเป็นประตูเดียวที่อยู่ในการควบคุมของจีน เขาออกจากเมืองโดยไม่ประกาศยอมจำนนอย่างเป็นทางการต่อญี่ปุ่นทำให้เกิดความไม่แน่ใจที่ทำให้ทหารหนีทัพ ทหารหลายนายพบว่าผู้บังคับบัญชาหายไปแล้วและเริ่มหนีทัพไปทั่วรอบทิศทาง แฟรงค์ ทิลแมนนักข่าวชาวอเมริกันจากนิวยอร์กไทมส์และ อาชิบอลด์ สตีลย์จากชิคาโกเดลีรายงานว่าทหารจีนปล้นสะดมร้านค้า ขณะที่ทหารคนอื่นทิ้งเครื่องแบบและอาวุธแฝงตัวเข้าไปในฝูงชน การหนีทัพของทหารจีนยุติลงเมื่อทหารจากกองพลที่ 36 ของสาธารณรัฐจีนที่ประตูยี่เจียงยังคงปฏิบัติตามคำสั่งป้องกันการหนีทัพ(นายพลถังไม่ได้ถอนคำสั่งก่อนออกจากเมือง)เผชิญหน้ากับทหารที่พยายามปีนประตูหนี ทหารจีนนับพันคนแออัดในประตูยี่เจียงบังคับให้เปิดทาง กองพลที่ 36 จึงเปิดฉากยิงทหารหนีทัพ บางคนก็เริ่มหวาดกลัวมากขึ้นและบางคนก็ถูกเหยียบตาย

ในเวลา 13.27 น.ของวันที่ 12 ธันวาคม USS Panay เรือรบอเมริกันและเรือบรรทุกน้ำมันสามลำเหนือแม่น้ำแยงซีเกียงจากนานกิง ถึงแม้ว่ายูเอสเอส พาเนย์จะชักธงอเมริกาขึ้นสู่ยอดเสาแต่ถูกเครื่องบินทิ้งระเบิด B4Y 96 สามลำและเครื่องบินประจัญบาน A4N 95 เก้าลำโจมตี เรือยูเอสเอส พาเนย์จมลงในเวลา 15.54 น.และมีผู้เสียชีวิต 3 ศพ ถือเป็นเรือรบอเมริกาลำแรกที่จมในสงครามโลกครั้งที่ 2 กรณีพาเนย์ทำให้ความสัมพันธ์อเมริกาและญี่ปุ่นตึงเครียด ในที่สุดกรณีพิพาทก็จบลงอย่างเป็นทางการในวันที่ 24 ธันวาคม 1937 เมื่อรัฐบาลญี่ปุ่นขอโทษและชดใช้ค่าเสียหายเป็นเงิน 2,000,000 ดอลลาร์สหรัฐโดยกล่าวว่าเป็นผลจากการะบุเป้าหมายผิดพลาด

ในเวลา 03.00 น.ของวันที่ 12 ธันวาคม นายพลถังเฉิงจื้อประชุมกับนายทหารเสนาธิการและออกคำสั่งให้ทหารกองเล็กอพยพข้ามแม่น้ำแยงซีและทหารที่เหลืออยู่โจมตีญี่ปุ่นทางทิศใต้ เขาพบกับนายทหารเสนาธิการอีกครั้งในเวลา 17.00 น. แต่สถานการณ์อันเลวร้ายเปลี่ยนความคิดของเขา เขาออกคำสั่งเพิ่มขนาดกองทหารที่ข้ามแม่น้ำเป็นห้ากองพล ในเวลา 18.00 น.การอพยพเต็มไปด้วยความวุ่นวาย ทหารนับพันและผู้ลี้ภัยแออัดกันที่เส้นทางสู่ท่าเรือ การเดินทางช้าลงเป็นเพราะอุปกรณ์ของทหารและรถเข็นประชาชนถูกทิ้ง มีผู้ถูกเหยียบตายนับกว่าร้อยคนขณะที่ปืนลั่นก็คร่าชีวิตคนซ้ำเข้าไปอีก นายพลถังได้รับคำสั่งจากประธานาธิบดีเจียงไคเช็กให้ออกจากเมือง เขาขึ้นรถของทหารเสนาธิการไปยังท่าเรือในเวลา 21.00 น. และโดยสารเรือไอน้ำพลังงานถ่านหินและข้ามไปยังอีกฝั่งแม่น้ำอย่างปลอดภัย

เช้าวันที่ 13 ธันวาคม ทหารญี่ปุ่นจากกองพลที่ 6 และกองพลที่ 114 ของญี่ปุ่นบุกเข้าเมือง สมทพกองพลที่ 9(ทางประตูจงฮวา) และกองพลที่ 16(ทางประตูซงชานและประตูไท่ผิง)ของญี่ปุ่น สี่กองพลรวมกันแล้วมีทหารประมาณ 50,000 นาย บ่ายวันนั้นกองเรือแม่น้ำญี่ปุ่นมาถึงท่าเรือนานกิง เวลาพลบค่ำญี่ปุ่นประกาศชัยชนะในยุทธการนี้

การเสียเมืองนานกิง

หน่วยสารวัตรทหาร "เค็นเปไต" แห่งกองทัพญี่ปุ่นตรวจค้นอาวุธพลเรือนจีนทหารญี่ปุ่นกับชาวเมืองนานกิงธงชาติญี่ปุ่นถูกประดับเหนือที่ทำการรัฐบาลเมืองนานกิง

หลังจากที่นานกิงถูกกองทัพจักรวรรดิญี่ปุ่นยึดครอง ทหารญี่ปุ่นได้จับกุมเชลยศึกทหารชาวจีนมาได้หลายคน ทางด้านผู้บัญชาการกองทัพได้มีคำสั่งให้มีการกำจัดเชลยศึกโดยได้รับคำสั่งจากจักรพรรดิฮิโรฮิโตทำให้เชลยศึกถูกสังหารอย่างโหดเหียม หลังจากนั้นทหารญี่ปุ่นก็ได้ทำการบุกเข้ายึดอาคารที่ทำการรัฐบาล ธนาคารและโรงเก็บสินค้า ยิงผู้คนตามท้องถนนอย่างไม่เลือกหน้า โดยใช้ทั้งปืนพก ปืนกล ปืนเล็กยาว ยิงเข้าไปในฝูงคนที่มีทั้งทหารที่บาดเจ็บ หญิงชรา และเด็ก ๆ โดยทหารญี่ปุ่นฆ่าพลเรือนทุกมุมเมือง ไม่ว่าจะตามตรอกเล็ก ๆ หรือถนนสายใหญ่ ในสนามเพลาะ หรือแม้แต่ในอาคารที่ทำการรัฐบาล นอกจากนั้นทหารญี่ปุ่นก็ได้กระทำทารุณชาวจีนด้วยวิธีต่างๆรวมทั้งกระทำข่มขืนหญิงชาวจีนเป็นจำนวนไม่ต่ำกว่า 20,000 คน ไม่ว่าจะเป็นสาว คนท้อง หรือคนแก่ เหตุการณ์นี้ได้ถูกเรียกว่า การสังหารหมู่ที่นานกิง(Nanking Massacre) เป็นเหตุการณ์ที่สะเทือนใจอย่างยิ่งต่อชาวจีนในสงครามโลกครั้งที่สอง

แม้ว่าในเมืองนานกิงที่มีการสังหารหมู่ชาวจีนไปทั่วทุกแห่ง แต่ได้มีการสร้างเขตปลอดทหารสำหรับพลเรือนจีนที่ถูกจัดตั้งขึ้นเมื่อ (22 พฤศจิกายน 1937) วันพักรบของญี่ปุ่นก่อนยุทธการนานกิง เขตปลอดทหารเพื่อความปลอดภัยถูกสร้างโดย ยอน ราเบอ นักธุรกิจเยอรมันสมาชิกพรรคนาซี ร่วมกับโรเบิร์ต โอ วิลสัน แพทย์ชาวอเมริกันและชาวตะวันตกคนอื่น ๆ โดยขอความร่วมมือจากนายกเทศมนตรีเมืองนานกิงให้อพยพชาวเมืองเข้าไปในเขตปลอดภัย เขตปลอดภัยมีหน้าที่ในการช่วยชีวิตของพลเรือนหลายพันคนของจีนให้รอดพ้นจากการถูกสังหารหมู่

ต่อมาหลังสงครามโลกด้วยความพ่ายแพ้ของจักรวรรดิญี่ปุ่น นายพลมัตสึอิ อิวาเนะแห่งกองทัพจักรวรรดิที่มีส่วนรับผิดชอบในการสังหารหมู่ที่นานกิงถูกศาลทหารของสัมพันธมิตรพิพากษาโทษด้วยการประหารชีวิตด้วยการแขวนคอ หลังจากนั้นก็ได้มีการรำลึกไว้อาลัยถึงผู้เสียชีวิตจำนวนมากที่นานกิงของชาวจีนด้วยความโศกเศร้า จากเหตุการณ์จากการกระทำของญี่ปุ่นอย่างโหดร้ายก็ได้กลายเป็นข้อพิพาทระหว่างจีน-ญี่ปุ่นที่มิอาจจะฟื้นฟูขึ้นมาได้มาจนถึงทุกวันนี้