南京成為清朝政府在長江流域的一座孤城。兩江總督張人駿有督署衛隊2000人；江南提督張勛率江防軍23營，計7000人駐南京。張勛字紹軒，江西奉新人，1884年投軍，1891年任廣西參將。1895年參加袁世凱小站練兵，充工兵營管帶，後隨袁世凱鎮壓義和團，升至總兵。1902年調北京，多次扈從慈禧太後及光緒帝。後調奉天任職，1908年升雲南提督，後改任甘肅提督，1910接任江防營，駐浦口，1911年8月任江南提督，思想頑固，極端忠于清朝，是個凶殘能戰的悍將。張勛部下有兩標領，一是王有宏，一是趙會鵬，各領10營，其余3營由張勛直轄，稱為親兵。
武昌首義後，江防軍手持大刀，到處搜索革命黨人，遇著剪去辮子的青年，立即逮捕，押往小營、一枝園、萬關等處刑場。殺人無數，謂之“殺和尚頭”，殺後懸首示眾，慘不忍睹。南京下關儀鳳門等，都有江防兵把守，城內無辮青年不敢出走，嚇得戴上假發，坐在家中，不出大門一步。
南京城里駐新軍第9鎮，統制是徐紹楨。徐紹楨字固卿，廣東番禺人，舉人出身。曾任福建武備學堂總辦，江西常備軍統領等職，1905年任新軍第9鎮統制，倡行征兵制。第9鎮屬第17、18兩協，有第33、34、35、36四標、馬隊1標、炮兵1標、工程兵1營、輜重1營、憲兵3營，是一支建制完整、裝備精良、有較強戰斗力的部隊。鎮司令部、17協司令部、33、34標以及馬、炮、工、輜、憲兵各部隊駐南京，18協司令部、35標駐鎮江，36標駐江陰。
第9鎮的革命黨人活動，始于著名革命黨人趙聲擔任33標標統時。趙聲乃江甦丹徒人，原名毓聲，字伯先，號百先。1902年畢業于江南陸軍師學堂，遂傾向反清革命。次年游日本，與黃興結識，歸國後任兩江師範學堂教員，撰寫七字唱本《保國歌》，秘密散發，宣傳革命，為當局所忌，離南京，赴長沙，任實業學堂監督。1905年，謀于新軍在保定秋操時策動革命，未成，到南京任督練公所參謀官，在江陰訓練新軍。不久辭職，隨郭人璋到廣西，任巡防營管帶。年余，仍回南京，任33標2營管帶，旋擢該標標統，曾援引柏文蔚、倪映典、熊成基、林之夏、林述慶、陶駿保、冷 等人先後來第9鎮任軍佐。
孫中山派吳䉪谷到南京組織同盟會，柏文蔚的岳王會南京分會集體加入同盟會，趙聲、林之夏、冷 、林述慶、伍崇仁、孫麟、韓金聲、何遂、楊韻珂等人以次加入，公推趙聲為長江盟主，設機關于鼓樓之東，先定玄武湖之湖神廟為會議地點。
趙聲進行革命活動，被兩江總督瑞方發覺，便赴廣州，在新軍中擔任標統，並籌謀廣州新軍起義。
雖然趙聲等人離開南京新軍第9鎮，但留下了不少革命種子。
武昌首義後，張人駿、張勛等人嚴重疑忌新軍，便將新軍子彈收繳，又收新軍炮6挺、機關槍6門。與此同時，將駐浦口的江防軍調入南京，人發500顆子彈。新軍和江防軍，便成冰炭。新軍眾論沸然，無不發指眥裂，終日聚議，均欲與張勛的江防軍作生死拼，因子彈未能得手，是以累欲起事而又累蹶。張人駿、張勛摸透新軍用意，乃于獅子山北極閣高架大炮數尊，炮口對準33、34標；水路又于三叉河要道架大炮一尊，炮口對準工、輜兩營。新軍無子彈，日坐愁城。
張人駿要在新軍各標營大事搜捕，召徐紹楨密議。徐特異議，謂是適以激變，張人駿不敢輕舉妄動，便將新軍5000人調出南京城，移駐城南60華里的秣陵關附近。張人駿答應撥發新軍每人槍150發子彈，機關槍1萬發子彈，炮彈1000顆，彈藥和9月份餉銀于10月31日運往出防地點。出防前，各級將校欲先領彈藥，後出發。張人駿堅持到防地即發。但部隊到了駐防地方，根本不見彈藥餉銀運來，受了張人駿之騙。
在新軍人心憤激、幾有不可終日之勢的情況下，上海革命黨人派柏文蔚來南京。柏文蔚安徽壽縣人，字烈武。原任第9鎮33標管帶，因與孫毓筠等擬炸兩江總督端方，事敗走東北，任吉林屯田營管帶。同馮麟閣、藍天蔚等計劃在東北起義。武昌起義爆發，乃去上海，受同盟會派遣來南京。南京同盟會機關設在內橋，由上江公學校凌毅、李華儂主持，策動新軍起義。柏文蔚便住在機關里。新軍官兵知道他來到南京。有幾十人前來同他聯系，皆以新軍有槍無彈而慮。
新軍革命黨人以下級軍官和士兵為多，中上級軍官害怕，且有逃離軍隊者。第9鎮統制徐紹楨亦惴惴不安。新軍移至秣陵關後，柏文蔚便隨之前往。徐紹楨得知，約他相見。柏文蔚告訴他，只要他能領導反正，當擁為都督。徐道︰“余老矣，汝輩青年，萬不可叫我做難題。”第9鎮正參謀官史久光、17協協統沈同午、18協協統孫銘在座，反復討論，決定先上海、以次攻南京的策略。徐紹楨當即命柏文蔚返上海運槍炮子彈來，作起義準備。當天，上海光復。次日，江甦、浙江同時光復。
正在柏文蔚、徐紹楨等準備起義時，南京局勢突然變化。由武昌潛回南京的原第9鎮馬標排長甦良斌，貿然在南京城內單獨采取冒險行動，于11月7日夜半縱火。督署附近衛隊和漢西門巡防營內革命黨人，誤認新軍發動起義，乃同時響應。張勛的江防軍統領王有宏親自用機關炮擊斃衛隊起事士兵20人余人。其余起事者力不支，乃遁去。巡防各營革命黨人相繼起事，打開城門，未見大軍來到，江防軍用槍亂擊，殺傷甚多，起事者潰散。
次日，張人駿、張勛將巡防營未起事者即行調離城外，將城門緊團，嚴密防守。由凌毅運動的城內的響應力量、巡防軍等，因先斯發動，被各個擊破。
駐扎在秣陵關的第9鎮新軍，在上海、江甦、浙江、鎮江相繼光復的消息鼓舞下，急于一顯身手，不等柏文蔚從上海運彈藥來，便于7日下午下達起義的命令，計劃分三路向南京進攻，主力向城南雨花台進擊，由沈同午任總指揮，口號是“興漢滅滿”。
新軍士兵把刺刀、馬刀一律開口，準備肉搏拼殺，奪取雨花台，作為進攻南京之據點。第9鎮士兵多是勇往直前，但官長有勇有怯。有些中級軍官，本來亦不能為部下所容，于是，能逃者逃，不能逃者，只好收起那種夜郎自大的驕傲態度，對部下俯首听命，假意贊成，遇機再圖脫逃。
第9鎮新軍準備在8日上午發動進攻，卻不知甦良斌在7日夜半冒險行動，城內響應部隊已被擊潰，還以為在攻城時能得到城中內應，故在彈藥不濟的情況下，決定進攻。
8日上午11時，各路縱隊抵達無名緯河南岸。主力縱隊先鋒騎兵剛出花神廟北端，遭雨花台清軍守兵炮擊，但炮手的技術極差，炮彈落點離起義軍很遠。起義軍33、34標繼續前進。
兩標展開後，始報協司令部，沈同午急進花神廟，見兩標已成戰斗隊形，軍隊均脫離總指揮官掌握，陷于各自為戰之情況。起義軍前隊又誤認為炮台守軍已背叛清朝，便揮動手臂，號召守軍同起義軍聯合。當起義軍靠近守軍時，遭到守兵排炮襲擊，死者無數，少數幸存者才伏地開槍還擊。
起義軍除34標每人有子彈3粒外，33標及馬炮標、工、輜等營均無子彈、戰斗不能持久。下午5時，接到從南京城內逃出的諜報員報告，方知甦良斌冒險發動，造成失敗的消息。內應斷絕，又勢成騎虎，沈同午決定只能夜襲，組織敢死隊100人，每人發8發子彈，攜手榴彈猛撲雨花台。
傍晚，33標吹起沖鋒號，部隊向前沖殺。但畢竟彈藥缺乏，清軍守兵據險用機槍掃射，起義軍傷亡達200余人，他們一面進攻，一面盼子彈運來。听說子彈用棺材裝運而來，但終不見運到。
9日天將拂曉，起義軍疲憊不堪，難以再戰。沈同午暗想，天明必陷于全滅，不如背進鎮江，以圖再舉。適大霧不辯咫尺，乃命馬炮工輜隊先退，33、34標繼之。因大霧籠罩，張勛軍隊不敢追擊，也不敢下山搜索。起義軍潰敗後，大部沿句容大道退往鎮江，小部分退往安徽，也有奔往武漢的。
張勛在南京城內大肆搜捕革命黨人，因涉戮而慘遭殺戳者達數十人。是以盜賊蜂起，隨處搶掠，人們恐慌動蕩，四出逃避，人心普遍對清廷不滿。
原駐江陰的新軍36標早已移駐鎮江。鎮江駐有新軍18協司令部和35標3個營、36標2個營，計5個營，子彈萬發。那36標營管帶、同盟會會員林述慶，奉中部同盟會密令，同李竟成一起，率鎮江新軍起義。鎮江駐有京口副都統載穆所部旗防步兵1500人、山炮1營、機關炮4尊、馬隊300余人，又有巡防隊1500人，槍械子彈充足。旗軍將山炮、機關炮分置南門城上，防御新軍。但旗軍兵力搖動，夜不敢眠，紛議他徒，一夕數驚，紛紛隱匿財產，已無戰斗力。
李竟成由滬到鎮，策動駐鎮各部隊暨各界志士，齊舉義旗。李竟成同林述慶密議後，召開軍事會議，推林述慶為鎮江總司令，許崇灝為參謀長，于11月5日發動起義。
起義軍包圍了鎮江，威脅旗兵，並派人往旗營勸降。京口副都統載穆，深知旗兵游情日久，不堪一擊，恐戰事一啟，旗人遭屠殺。又以大勢已去，非鎮江一隅所能抵抗。當地士紳等又反復勸說，遂傳令所屬馬步各旗，一律繳械，共步槍數千支、炮數門、馬數百匹。
駐鎮江的水師管帶徐寶山，經李竟成聯系，渡江開往揚州。駐鎮江的張勛所部江防營，也經李竟成聯絡反正。
于是，鎮江未經戰斗便宣告光復。林述慶被推為鎮軍都督，陶駿保為參謀長，李竟成為軍務部長。
柏文蔚從上海運武器彈藥來到鎮江，被推負責招集從南京撤退的軍隊，以待整編。尚有從南京城內墜城而出的巡防軍千余人，也被柏文蔚改編為先鋒隊兩營。
第9鎮新軍退集鎮江時，徐紹楨自赴上海，同滬軍都督陳其美和旅滬各團體接洽，商議聯絡各方進攻南京。
11月11日，滬軍都督府議推徐紹楨為進攻南京聯軍總司令，電請江甦、浙江兩省都督府公認。
但是，徐紹楨原來所統率的第9鎮兵力，均全部轉入林述慶控制之下，林述慶便不再歡迎空手赤拳的徐紹楨重新做他的上級。然而，林述慶的資望遠不能與徐紹楨相比，鎮軍內不少人勸他服從徐的領導，同盟會會員林之夏勸之不從，乃不辭而別，表示脫離鎮軍。後經柏文蔚再三勸說，林述慶才勉強表示同意。
徐紹楨從上海乘火車來到鎮江，召集各方代表會議，組織甦浙聯軍總司令部，徐紹楨為總司令，顧忠琛為參謀總長，孫毓筠為軍事參謀。主要兵力有鎮軍、甦軍、浙軍、淞軍四支，還有海軍相助。鎮軍包括原第9鎮全體部隊，編成鎮軍第1鎮，以柏文蔚為統制，受鎮軍都督林述慶管轄。下屬兩協，第1協為前衛，第2協為總預備隊。甦軍由協統劉之潔率領，共步兵4營，炮馬各1隊。淞軍黎天才部，共步兵600人。浙軍朱瑞部，步兵1標、馬隊2營，炮兵2隊，工程輜重各1隊。此外，後期開到的還有︰洪承點的滬軍義勇隊，江陰、淞江的巡防營，以及女子國民軍30名。這些軍隊中，鎮軍和浙軍戰斗力最強，淞軍雖人數不多，但𡛓悍善戰。
徐紹楨于11月16日召開緊急軍事會議，林述慶、柏文蔚、劉之潔、朱瑞、黎天才等參加。決定分兵三路︰淞軍為北路進攻烏龍、幕府兩山；甦軍為南路進攻雨花台；浙軍、鎮軍為中路，鎮軍攻天保城，浙軍攻紫金山。各路軍作出發前準備。20日，徐紹楨發出命令，各路從速進攻，海軍隨同前進。
聯軍各路向南京進攻，首先取得突破的是北路的烏龍、幕府兩山炮台。聯軍總司令部的同盟會會員官成鯤曾任幕府山炮台官，同炮台兵感情一向融洽，立意策計運動炮台兵反正，秘密謁見徐紹楨，徐紹楨十分高興，遂派徐朔相助。官成鯤、徐朔密召兩台弁兵，曉以光復大義，弁兵表示願意響應。徐紹楨立刻調淞軍黎天才軍600人和浙軍馬隊，在夜間隨同官成鯤、徐朔直赴烏龍山麓，直達山巔，炮台兵開門歡迎，改插白旗。拂曉，又分兵佔領幕府山。捷報傳來，徐紹楨立刻任命官成鯤為炮台司令，並留黎天才所部鎮守兩山。
張勛命令獅子山炮兵轟擊幕府山炮台。獅子山、幕府山炮兵都系湘人，彼此心心相印，不願轟傷同鄉，故獅子山之炮，只轟幕府山麓，或半山，或越山而過，從未命中。
25日，聯軍向南京正面發動進攻。以朱瑞為支隊長、呂公望為參謀長的浙軍3000余人，是進攻的主力。這支戰斗力較強的部隊，經東流市向麒麟門前進，同清軍展開激烈的戰斗，擊退從馬群來的清軍，一舉佔領紫金山東部，右翼在孝陵衛附近，左翼到達紫金山中部。清軍統領王有宏被擊斃，死者1000余人，被俘數百人。王有宏是張勛的一員大將，素來𡛓悍善戰，他戰死，對清軍士氣是個很大的打擊。
因張勛部的輜重在浦口，鎮軍柏文蔚率11營渡江，向六合前進，作為攻擊南京的右側支隊。
劉之潔所部甦軍向上方鎮進攻，並佔領了上方鎮。
佔領幕府山的聯軍，向城內北極閣兩江總督府、滿旗將軍府和張勛提督府等衙門轟擊，炮聲震天。1枚炮彈命中北極閣，在總督張人駿、滿旗將軍鐵良和提督張勛3人居住的廟宇內爆炸，擊毀了2尊小炮，那3位清朝大臣膽戰心驚，驚慌失措地逃入附近的日本領事館避難。
聯軍總司令部移駐麒麟門，命鎮軍速撥步兵1標、騎兵2隊、山炮8門，到前線助攻。
張勛見聯軍圍城很緊，于11月26日拂曉5時，親率奮勇隊4000人，旗兵1000余人，襲擊聯軍。戰斗自晨至夕，清軍不支，退入城內。浙軍奮勇追擊，直到朝陽門外。
張勛從此只知消極守城，再不敢相機出擊。聯軍對南京已成合圍之勢，張勛部隊正無異坐以待斃。
聯軍總司令部發布向天保城攻城命令。
天保城地處南京城東朝門外的鐘山半腰，鐘山山勢高峻，居高臨下，俯瞰南京全城。天保城上築要塞，既高且峻。天保城地形窒礙，起伏無定，山路崎嶇，羊腸曲徑，利于守，而不利于攻。天保城為攻取南京之要點。南京過去一直流傳著這樣的兵諺︰“要得南京城，先打天保城。”
敵軍在天保城設江防兵1營，旗兵400人，炮10余門，機關炮4尊。敵軍以堅強之兵力，憑險死守，接電話與城內通消息。
徐紹楨下令鎮軍、浙軍、輔以洪承點的滬軍，以及剛剛趕來的粵軍，會同猛攻天保城。
30日下午，林述慶率鎮軍第2標，同浙軍2隊、滬軍義勇隊以及粵軍從鐘山山麓，攀藤附葛，猛力沖鋒。清軍彈如雨下，戰斗異常激烈。鎮軍管帶楊 珂、浙軍敢死隊隊長葉仰高等戰死。
12月1日晨6時，聯軍終于攻克天保城。爭先沖上天保城者，為鎮軍連長季遇春。是時，浙軍、粵軍亦由兩翼相繼攻入。滬軍亦派隊增援，始把天保城完全佔領。
聯軍在攻克天保城的同時，甦軍也攻佔了南京城南的雨花台。
天保城既破，南京再也無法堅守。張勛遣清軍統領胡令宣、被俘的聯軍總司令部顧問史久光出南門，手執白旗，臂纏白布，投甦軍司令部，謁見劉之潔求和。
當晚，張勛率殘余部隊潛出南門，由大勝關一帶渡江，赴浦口。兩江總督張人駿、滿旗將軍鐵良，倉皇搭乘日本軍艦“秋津州”號出走。
南京城內軍心本來不穩。張勛待軍不均，素來厚于江防軍，薄于巡防軍。每戰必令巡防軍沖前陣，少卻則令江防隊以炮擊之。城中缺米，江防軍有食，巡防軍則無糧，苦戰數日不得食，甚慘。張勛走後，胡令宣和巡防營統領張聯升、趙榮華等，各率殘部投降，開城門迎聯軍入城。鎮軍林述慶部從太平門入城，甦軍劉之潔部從南門入城，徐紹楨率聯軍總司令部從馬群開拔入城。
張勛率殘部向浦口潰退，遭柏文蔚部截擊，繳得槍械餉銀甚多。柏文蔚借機擴充了部隊。
原新軍第9鎮主要兵力都落入鎮軍都督林述慶的手里，林述慶實力雄厚，頗有不可一世之概，不願受徐紹楨控制，他率部入城後，擅自住于兩江總督署花園大洋房內，署內全駐鎮軍，不許其他部隊入署。他不再打著鎮軍都督的旗號，自改稱江寧都督。徐紹楨率聯軍總司令部到兩江總督署，鎮軍不準他們入署。徐紹楨只得將總司令部帶往諮議局屯駐。
徐紹楨雖然號稱聯軍總司令部，只能仰人鼻息。林、徐不和，使南京城內開始出現混亂現象。聯軍兵力雖以鎮軍為最強，但其他各部隊對林不服，認為林述慶不過是原系徐紹楨的部下的管帶，論其資望及功勛，實相差甚遠，揚言要舉兵攻之。甦浙兩省也對林述慶不滿，甚至連鎮軍內部亦反對林述慶夜郎自大的行為。林述慶自稱都督，無法控制南京全局。城內浮動，其勢洶洶。有謀暗殺的，有謀圍攻督署的。
徐紹楨處境狼狽，力辭重任。他致電各省軍政府並各報館︰“已將南京城光復，民軍陸續進城，此皆群策群力所致，楨實無絲毫之力，善後諸務極繁，務求諸公推舉都督以圖長治久安。俾楨斂身歸隱，沒齒銘感。”
黃興、宋教仁、章太炎以及滬軍都督陳其美立即復電︰“此間已公推程德全移駐江寧，為江甦都督，並推林述慶為出征臨淮總司令。東南要人，本黨英俊，共表同情。德全即日赴寧，北征尤為重要。”
江甦省議會全體議員復電稱︰“江甦本為一省，寧甦分治，原屬滿廷弊政，今既改為共和，一省之中應只設一行政總機關，俾民政有所統一。而寧甦相較，自以駐寧為宜。程德全平昔行政，注重民事。現在金陵光復，擬即請程公移駐寧垣，撫綏保定以慰全省民望。”
早在聯軍集合于鎮江進攻南京之前，徐紹楨見林述慶欲另立聯軍總司令部，曾電致上海總機關部，力辭總司令職。上海總機關部便改舉程德全為總司令，以徐紹楨副之。程德全自稱無軍事學識，通電力辭，但允許親赴前敵撫慰各軍。上海總機關部以軍事緊急，電請徐紹楨以國為重，勉任其難，徐紹楨不得已，遂率聯軍向南京進發。
12月3日，同盟會要人宋教仁、于右任等由滬赴寧。宋教仁面見林述慶，勸道︰“倘程公督寧，一切軍需上補充，必能極力擔任，不使君絲毫掣肘。”
林述慶迫于南京情勢，終于允諾，參謀長陶駿保即執筆立草電稿，付電局拍發。其電文中有一省不可三都督之語。自此電發出，南京城內混亂的局勢消弭。
于右任等立即致電陳其美︰“林都督承認臨淮司令任務，軍民全體急盼程都督火速蒞寧，維持治安大局。”
程德全于12月6日，從上海乘專車到達南京，隨即就任江甦都督。從此，江甦省會由甦州遷往南京。
林述慶被改舉為北伐臨淮總司令，但鎮軍中許多人對他並不心服。進攻南京時，林述慶委柏文蔚為鎮軍第1師師長，徐寶山為鎮軍第2師師長，鄭權為鎮江軍政使。林被推為總司令後，即赴浦口晤柏文蔚，商量就職和北伐事宜，柏對林態度冷淡，商談也毫無結果。林述慶又赴揚州去晤徐寶山，徐也不加理睬。他只得回到鎮江，與鎮江軍政使鄭權商議，鄭亦無所表示。那雄心勃勃的林述慶，不得已，只得宣布下野。
武昌形勢十分危急，黎元洪已退洪山，致電南京求援。宋教仁、于右任便派淞軍黎天才率部往援。黎是湖北人，積極贊同赴武昌，遂將收編的巡防營張聯升、趙榮華部同淞軍合組一師，以黎天才為師長，星夜馳援。
