日军在紫金山从山脚到山头挖掘了大量的战壕，修建了大量的碉堡。在中山陵的四周则布置大量防空火炮，3个日军步兵师团全部的远程火炮都集中在了中山陵附近的固定堡垒之中，由于地势高的原因，这些超过75mm口径的加农炮和榴弹炮足以支援日军在各个方面的作战。
从航拍照片上仔细观察日军布防的白崇禧意识到，如果不拔出紫金山据点，那么贸然进攻坚固的南京城肯定会遭受重大的损失。但是他又非常的犹豫，除非采取地面进攻的方式，否则远程火力和空中火力肯定毁坏中山陵的，这是他无法承担的责任。
就这样，几天的时间就浪费了。当蒋介石催促进展的时候，白崇禧只好如实告知。当晚孙科在香港发来电报，向白崇禧保护国父陵寝表示感谢，同时也表示，为了夺回首都，他认为不应该畏惧任何破坏。即使如此白崇禧也不敢冒天下之大不韪，直到何俊才发给他了一封密电才使得他喜笑颜开。
6月20日午夜时分，新编第二集团军的远程炮火还在隔着长江砸向白天预先侦查好的日军的交通要道和主要工事，目的是为了阻碍日军在夜晚的调度和维修。5日的进攻作战中，3个重型榴弹炮营已经发射出10多个基数的炮弹，连炮管都换过了好几次，这种炮击程度别说日军了，连新编的中国军队都没有见过。日军已经被这种彻夜的炮击搞得精力交瘁，现在日军士兵在任何时候都可以躺下睡觉，哪怕炸弹就在耳旁炸响。
在隆隆炮声的掩护中，一大群神秘的飞行物飞过了长江，从南面兜了一个大圈子，然后从驻防的日军头上高高飞过，进入了紫金山区域。有那么一两个日军仿佛从炮声中听到了轰轰的引擎声，他们还以为是中国空军的夜间轰炸机前来轰炸，所以只是将头一缩了事。反正黑漆漆的也炸不到什么东西。
不过那些空中的黑影却并没有丢下炸弹，而是改为贴近地面十多米的距离开始接近紫金山的核心阵地。几分钟后，一个个空中的黑影上坠下了缆绳，一些身手矫捷的士兵在微光下滑到了地面，装备也被一一地滑了下来。依靠着绑着红光的手电筒以及几声鸟叫，这些脸上涂着黑炭的士兵很快形成几支小分队，向着几个方向互相掩护着而去。
这些如天神将临的士兵来自陆战二师，他们搭乘100架蜂鸟丙直升机实施了世界上首次直升机机降作战。乘坐直升机进行机降明显比伞降或者滑翔机机降要方便许多，而且兵力的投放位置非常可控。陆战二师自从获得了这100架蜂鸟丙直升机后就一直在思考如何利用它们来进行机降作战，现在终于派上了用场。
其实蜂鸟丙直升机还是只能算是侦察直升机，并不适合进行这样的机降作战，它的乘员舱只能搭载三名全副武装的士兵。为了将特种营的所有士兵一次投放到紫金山，蜂鸟丙直升机不得不在两边的起落架上再分别挂上一个士兵。就这样，500人的队伍在炮火声的掩盖之下成功越过日军的前方防线直插紫金山山顶。
凌晨2点钟，两名日军哨兵从地堡中走出来准备换防，发现原本在这里的哨兵已经失去了踪影，地上有两摊血迹，他们急忙扣动扳机示警，并用力地吹响了哨声。他们刚刚做完这一切，立即就被飞来的几颗子弹给击毙了。原本还在偷偷摸哨的特种营立即改为强攻。一时间紫金山上到处都响起了枪声。
几枚高爆手榴弹被从观察口扔进了日军地堡，绝望的日军想推开门跑出去，可是却发现门已经被堵死。几秒钟后，剧烈的爆炸声响起，爆炸的冲击波从几个观察口中喷出。就这样日军的地堡很快就被破坏掉。
接下来倒霉的就是中山陵外围的那些防空炮位。这些防空炮位中是日军的75mm的高射炮或者20mm的两联装防空机关炮，它们都安放在半开敞的炮位之中，其实对它们保护最大的是近在咫尺的中山陵而不是周围的沙包，否则早就被远程重炮给掀上天去了。
日军的高射炮手们在陆战二师特种营m1冲锋枪的扫射之下溃不成军，少数几个负隅顽抗者被远距离的狙击枪点了名射的脑浆让其他的日军胆寒。由于资源紧张，日军的炮兵只有少数的一些手枪和三八式步枪，而且也缺少日常训练，哪里是这些煞神般的特种营士兵的对手，很快就被赶出了阵地。然后一枚枚定时炸弹被安装在高射炮上，“轰”地数声巨响后，日军部署在这里的高射炮就四分五裂，再也无法使用了。
最后特种营需要拿下的就是在中山陵下方广场上的日军重炮阵地。为了避免被空袭和炮击，南京城中3个日军师团超过75mm口径的火炮都集中到了这里，共计有24门150mm重榴弹炮和16门100mm加农炮，重炮阵地上有2000多名士兵，由一名日军少将负责指挥。
虽然已经接到警报，不过这两千多日军士兵能使用的武器却只有不到一百支步枪和少量的手枪，几乎是赤手空拳地去对付从四面八方围上来的500名特种营士兵。
m1冲锋枪和m1加兰德步枪不停地**出弹丸，让那些空守着大炮却无法对付近在眼前的目标的日本兵感到绝望。山脚下接到警报的日军作战部队正在赶来，但是上山需要至少半个小时的时间，重炮阵地上的日军是见不到他们了。
10分钟后，重炮阵地上已经看不到一个活着的日本兵，两千日军士兵以近乎被屠杀的方式歼灭于此，为他们打扰了5年的国父灵魂献祭了。看着血流成河，尸体堆成山的日军重炮阵地，特种营的士兵甚至有些感到自己残忍。不过很快他们就从背包中掏出一颗颗高爆炸弹，安放在日军重炮的炮管和炮闩等重要部件上，未被引爆的炮弹则搬上卡车运送到远离中山陵的位置然后再安放好炸弹。
紧接着直升机集群再次飞临到中山陵广场，将在这里等候的特种营士兵一一接上飞机，连阵亡的战友尸体也带上了直升机。等到日军作战部队气喘吁吁地奔跑到的时候，迎接他们的是重炮阵地的火炮和弹药的大爆炸。在爆炸的火光中，隐约可以看见天上快速掠过的直升机。
接到空军告捷的战报，白崇禧高兴万分，摆在面前的最大的一个障碍移除了，南京城中的日军已经像脱光了衣服的美女一般，现在没有任何理由不发起对南京的进攻了。
于是第二天天刚亮，准备已久的新编第二集团军就渡过长江，从东面发起了进攻。由于损失掉了所有的远程支援炮火，而那些散布在城中的火炮一旦开火就会被天云号高空舰发现并引导新编第二集团军的重炮予以摧毁，所以新编第二集团军进展非常顺利。
m4谢尔曼坦克虽然在欧洲和非洲战场上面临德国坦克的挑战，但是在中国战场上，它是毫无置疑的强者。日军的战防炮在500米的距离外休想洞穿它的前装甲，那些掷弹筒和迫击炮就更不必说了。
在重炮持续的轰炸式下，东面的城墙大面积倒塌，形成了一个机械单位可以通过的斜坡。m4谢尔曼在步兵的掩护下缓慢登上城墙，开始进入城内。一天之间，30万伪军逃跑了大半，只剩下那不到9万的日军还在逐屋地进行抵抗。
当晚，趁着黑夜的掩护，汪精卫带着伪政府的一干高级官员乘坐一艘客船顺着长江偷偷来到上海。第二天伪南京政府宣布由于战事紧急而迁都上海，但是有点眼光的人都知道，伪政府就快完蛋了。眼见着“达官贵人”们都跑掉了，南京城中的伪军就更加像没头的苍蝇一般，很快逃得一干二净。伪政府的迁都对日军的士气也产生了很大的影响，况且新编第二集团军在巷战三宝（火箭筒、冲锋枪和喷火器）的帮助下迅速推进，让日军损失惨重。等到半个南京都为中国军队所占领后，日军不得不下达了战略转进的命令。
不过这个时候指挥已经不畅了，日军的无线电通信早就在6月15日开展之初就被屏蔽，只能依靠有线电话和通讯兵来传递命令。巷战加剧了日军的混乱，而且现在日军被分割成几块，最终只有南京城外驻防的部分日军得以逃到上海。南京宣告光复，膏药旗从总统府的顶上被扒下，扔到了地面供众人踩踏，一面崭新的青天白日旗升起在这里。南京宣告回到祖国的怀抱。
在历时半个月的南京攻防战中，中国军队投入了海量的弹药，付出了伤亡近四万人的代价夺回了首都。此战歼灭了日军至少有四万人，俘获了另外的两万人，南京城中的尸体到处都是，事后不得不专门分配一只军队来进行清理和掩埋。
当白崇禧向蒋介石汇报了这个喜讯之后，一贯镇定的蒋介石也不由得老泪纵横。他立即要求前往南京进行祭奠，被左右以南京刚拿下治安还不稳定为由大力劝住了。