考虑到日军拥有炮火优势，尤其是海军舰艇可以进入长江“黄金水道”炮击南京全城（胡卫东曾建议老蒋在长江下游布雷封锁航道，但老蒋担心这样做会触怒英美等西方列强，一直都没敢这么做。），兵力囤积太多只会增加无谓的伤亡，便将伤势较重（以致于影响了战斗力）的兵员全部送到后方休养，得到了二十万精兵，然后给他们一个萝卜一个坑地分别安排好任务，要求他们“独立死守，不求援，不待援，打光为止。后退者一律由督战队射杀。”，他自己也在身上绑了一捆手榴弹、作好了城陷自尽以免被俘的准备，同时还让人在军中反复宣传日军虐杀战俘的暴行，打消部下的侥幸心理。
经过如此的三管齐下，守城**无不拼死作战，而日军经过淞沪会战普遍都很疲惫，弹药的消耗也相当大，尤其是华北方面军损失了二十多万人之后，日本被迫大幅度扩军，不但兵员素质有些下降，弹药储备也被迅速稀释，而国统区兵工厂得到边区技术支援后生产出来的一万多支二四式冲锋枪在巷战中更是发挥了奇效，不光威力巨大，更由于其远较机枪出色的灵活性，大大降低了日军掷弹筒的作用，结果就连陈明仁都没有想到的是，日军在进攻南京一个多月后，居然暂时撤退了
此役**以伤亡超过四分之三、其中阵亡将近半数的沉重代价，毙伤日军八万余人（其中击毙万人左右）。堪称是**自抗战全面爆发以来打得最好的一仗，陈明仁也一跃成为**之中屈指可数的顶级名将，但其桀骜不驯却令老蒋极为头痛，私下称其为“第二个卫立煌”。而陈明仁坚守南京期间为了严明军纪，杀了不少“不该杀”的人，日军撤退后他又不等军委会同意便擅自放弃南京、带兵掩护战前还没来得及疏散的部分南京市民西撤，令正在让人大力宣传“**守住了国都。守住了总理陵寝。”的老蒋感觉就像吃了一个苍蝇一样恶心，所以陈明仁战后并没有得到应有的奖赏，甚至连师师长的位子都摇摇欲坠。好在老蒋毕竟还是很欣赏他的。考虑到李宗仁老向军委会诉苦无兵可用，老蒋便干脆将陈明仁调到这个国民党内自己最忌惮的敌手麾下，让李宗仁也好好领教一下陈明仁的臭脾气
由于陈明仁事先就意识到日本间谍无孔不入。所以撤军的命令他是突然下达的，以至于鬼子的特工根本来不及向上面及时通报，结果等到日军主力进占南京的时候，却发现这座中华民国的首都竟然已经几乎成了空城。忿怒的日本华中方面军司令官朝香宫鸠彦亲王（松井石根结核病加重，日军大本营派这位裕仁天皇的叔父暂时接替司令官一职。）下令处死所有**战俘，并纵容部下在包括部分“安全区”在内的南京城里到处烧杀yín 掠。不久松井石根病愈复职后也延续了朝香宫鸠彦亲王“通过残酷地打击南京，来瓦解中国人抗日斗志，迫蒋投降。”的策略，屠杀的规模进一步扩大，虽然因为陈明仁等二十万**的浴血奋战。大部分南京平民都平安撤离，但还是有十万多人不相信鬼子会如此残暴而固执地不愿离家，其中超过半数都被日军杀害，加上日军杀掉的那些**战俘，总数不下七万人。而在日军当中，以朝香宫鸠彦亲王的嫡系部队——日本陆军第师团作恶最大，杀人数目占到了遇害者总数的七成。