占领了头驼峰就等于占领了紫金山，而占领了紫金山就等于占领了南京，所以当第13师团把军旗插在山顶之后不久，上海派遣军的几个师团立即争先恐后地冲进市区，生怕被别的部队抢了头功，甚至于从朝鲜调过来的第19师团也加入了进去，把松井石根的命令全部抛到九霄云外去了，只有第十军直属的第18师团、第114师团在猛攻第36师的防线，希望能够把第六师团解救出来。
孙百里在日军大举入城的同时，命令负责掩护全军的教导总队和十九路军军部直属部队全部收缩到南京的南郊，只把监视敌人海军的独立师第三步兵团留在市区，在阻击日军的同时，接应从紫金山撤退下来的部队。由于日军人数太多，即使巷战也无法阻止其前进，三团只好且战且退，在给敌人一定的杀伤之后，撤退到江边，然后乘坐汽艇朝幕府山的方向驶去，最后在幕府山要塞附近，与紫金山撤退下来的两个营汇合，直接渡江北上而去。日本海军为了防止中国海军偷袭和阻止守军朝上游撤退，舰艇大多数布置在芜湖方向，没想到这支中国军队会朝下游去，一时措手不及，只好胡乱打了几炮了事。
就在上海派遣军得意洋洋地接收市区的时候，李从文率领三个主力师来到第六师团的背后，由第60师和第61师阻截其后路，第78师则和第36师一起，应付第18师团和第114师团的攻势。
1月21日下午3点整，孙百里指挥部队对第六师团发起总攻，其中，独立师从左翼，第87师和第88师从正面，第60师和第61师从背后前线突击，力争迅速解决敌人，然后开始撤退行动。为了使撤退行动进行的更快，同时也是为了让匆忙编成的志愿军体验战场的气氛，孙百里让他们跟在中央军两个师的后面冲锋。
第六师团的总兵力本来在28000人左右，可是在攻打南京外围阵地的时候，已经有一定的损失，在加上在巷战当中损失惨重，昨天又被独立师吃掉将近一个步兵联队的兵力，只剩下不到15000人，而孙百里单是用于进攻的部队就有五个师，其中第60师和第61师还是齐装满员，在他们的后面还有多达三四万人的志愿军。兵力上的巨大差距使第六师团从一开始就失去了还手的能力，只能依托匆忙构筑的工事迟滞对手的进攻。
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