第六师团在连续数日的进攻之后，虽然伤亡惨重，但是，取得的进展却微乎其微，只把战线勉强向前推进了不到500米远就再也不能移动分毫。由于连续作战，兵力和武器弹药的消耗非常巨大，已经到了无以为继的地步。第十军的第18师团由于需要守备从杭州到南京的交通线，保证补给线的安全，把部队全部分散驻守在沿途的湖州、广德、芜湖等城市，无法支援前线的作战。第114师团虽然击退了保卫雨花台的教导总队，控制了一个制高点，但是自身的伤亡也非常惨重，从光华门转进市区后立即被第87师的巷战部队死死拖住，再也无法前进一步。这时候，第十军的兵力几乎全部投入了战场，司令部手里的预备队只剩下国崎支队，没有能力突破守军的防线。柳川平助无奈之下，只好向方面军司令部求助，希望上海派遣军突破守军的防线，占领钟山阵地，突入市区。
由于松井石根抱病在身，日本大本营认为不适宜同时担任华中方面军司令和上海派遣军司令，于是派朝香宫鸠彦王接任上海派遣军司令，此人是个日本军国主义和种族优越论的狂热支持者，又没有经历过上海战场的惨烈战斗，所以非常狂妄自大。上任之后，朝香宫鸠彦王立即命令所部的四个师团猛烈攻击紫金山阵地，力图在第十军的前面把太阳旗插在中国的总统府上。
南京的地理位置优越，地形独特，三面环山，一面临水，依钟山而傍长江，东面和南面是以钟山为主体的宁镇山脉为屏障，钟山以西又有富贵山、五台山和清凉山，滚滚长江从市区的西北面流过。城内外多低矮的山丘，山环水绕河湖相连，历来为兵家必争之地。
作为南京屏障的钟山又名紫金山，是江南茅山的余脉，东西长约七公里，南北宽约三公里，面积约二十多公里，蜿蜒起伏，形若游龙，所以古人之为‘钟阜龙蟠’。由于山上有紫色页岩层，在阳光的照射下，远远望去只见紫金生辉，所以又被人们称为紫金山。山体的平均海拔在160米以上，主峰位于北面，叫头陀岭，海拔468米，次高峰在东南方向，叫小茅山，海拔360米，中山陵就在其南路，第三峰位于西南方向，由于太平天国曾经在山上修筑天堡城，所以叫做天堡山，海拔250米。
战斗首先在紫金山的东麓爆发，日军第3师团集中了两个步兵联队的兵力猛攻老虎洞阵地。负责防守这里的中国军队是第88师高山峻团，见识过十九路军构筑阵地的高山峻，利用敌人发起攻击前的时间把阵地前面全部削成接近九十度的陡坡，并且连续布下三道铁丝网，达到迟滞日军的目的。
1月6日拂晓，日军首先出动十几架轰炸机把几十颗炸弹投掷在中国军队的阵地上，接着炮兵开始了长达十五分钟的炮击。在连续的爆炸声中，山顶的树木和植被全部被烧成灰烬，只留下满地的焦土，散发出阵阵的浓烟。
山地作战，无法用坦克支援，步兵只好单独进攻。日军士兵弯着腰，沿着崎岖不平的山坡向上进攻，掩护部队用密集的火力压制守军的阻击。随着距离的接近，坡度越来越陡，到最后几乎无法站立，只得用梯子前进。面对着蜗牛般运动的日军，守军毫不客气地用密集的弹雨迎头痛击，日军接连不断地在斜坡前和铁丝网边倒下，堆积起厚厚的尸体。
进攻受挫之后，日军再次出动飞机，把守军的阵地淹没在火海当中，大口径火炮的炮弹倾泻而下，把一道道铁丝网炸得四分五裂，平滑的斜坡上也布满巨大的弹坑，为步兵扫清了前进的障碍。
随后，日军步兵在大炮的掩护下，反复突击守军阵地，高山峻团则依托坚固的攻势迎战，与敌人展开激战。日军仰仗兵力的优势，不断把新的部队投入战场，和守军拼消耗。高山峻团虽然给敌人极大的杀伤，但是随着自身伤亡的增加，火力的密度逐渐减弱，火力网出现多处空缺，日军开始逼近到阵地的前沿。守军利用半自动步枪和手榴弹果断反击，一次次把日军击退。经过整天的激战，日军伤亡近千人，而高山峻所部也有几百人失去了战斗力。
当天晚上，几百名日军乘着夜色的掩护，偷偷爬上山坡，突入守军阵地，展开白刃格斗。高山峻部猝不及防，被敌人打乱了阵脚，还没有反应过来，日军的后续部队已经远远不断地冲了上来，众寡悬殊之下，守军只好向第二道防线退却。
凌晨四点，高山峻率领敢死队逆袭日军，经过几十分钟的激烈战斗又把阵地夺了回来。天亮之后，日军照例出动飞机轰炸，高山峻却让士兵做了一面巨大的膏药旗平铺在阵地的边缘，使飞机无法确定目标，只好飞回机场。
恼羞成怒的朝香宫鸠彦王不顾一切地命令部队全线进攻，妄图一举突破阵地。1月7日这天，整个紫金山上空始终笼罩着浓浓的硝烟，满山遍野都是枪炮声、喊杀声。第88师依托坚固的工事，顽强抗击日军的攻击，战至晚上，包括三大主峰在内的阵地全部安然无恙，日军虽然付出了伤亡两千人的代价，却只占领了一些无关紧要的阵地，始终没有取得突破性的进展。
南路军和北路军的攻势同时受阻，作为方面军司令的松井石根异常焦急，一面督促陆军航空兵持续轰炸南京的战略目标，给步兵战场支援，一面与海军交涉，请求他们出动军舰封锁长江，彻底切断中国军队和江北的联系，使其再也得不到补充。
南京卫戍司令部的下属部队都经历过淞沪会战，具有较高的防空意识，再加上南京是中国的首都，防空设施非常健全，而市区的居民已经大部分疏散到了江北，所以空袭的效果非常不理想。与此同时，海军的舰艇也遇到了威胁。由于南京处于长江的弯曲部，江面不宽，布置在幕府山江防要塞里面的几门口径超过两百毫米的要塞炮不放过每艘试图通过的日本军舰，在没有彻底摧毁这个要塞之前，舰艇根本无法执行封锁任务。
激战了半个月之后，松井石根指挥的日本华中方面军20余万人被孙百里指挥的南京卫戍部队死死地拖在南京城下，再也不能移动分毫，战局开始出现了变化！
