赵成武下船后与沪军都督府军务部长陈其美、联军司令徐绍桢、宁军司令柏文蔚、镇军司令林述庆、苏军司令刘之洁、沪军司令洪承典、浙军司令朱瑞、淞军司令黎天才、沪军先锋队司令丁怀瑾等，稍作寒暄之后赵成武安排了军队的宿营就到联军大营商量光复南京的事情。
联军司令徐绍桢震惊于鄂军的雄壮不敢再任司令，欲让给赵成武。赵成武道：“徐将军这可万万不可。我来的时候我家都督就告诉我联军的各位将军都是当世的人杰，让我要多多向诸位将军学习，少说话多做事。徐将军让我做联军司令就是让我违背我家都督的命令，这可是害我。徐将军尽管放心，我部一定谨遵徐将军的军令。”
联军的各部长官见赵成武这么说都松了一口气，以鄂军的实力如果再让赵成武当了联军司令那联军的这些人都只能打酱油了。众人一致力挺徐绍桢当联军司令，再加上赵成武真的不愿意当这个联军司令，徐绍桢只能继续当他的司令。
11月13日，联军会攻南京的战斗打响。徐绍桢率领苏军将司令部推进到南京麒麟门外白龙山，把紫金山上的天保城当做主攻点；浙军、淞军为左右翼，分别进攻幕府山、乌龙山；赵成武的鄂军为南路，进攻雨花台；沪军在陈其美的指挥下为总预备队。
在左右路军，右路军总指挥淞军司令黎天才率部向乌龙山炮台进发，因同盟会会员成鲲等人工作使部分乌龙山炮台的清军倒向革命，在守炮台官兵内应下，淞军不费一枪一弹就占领了很快攻占炮台。淞军在乌龙山休整一夜，于14日清晨乘着乌龙山炮台不战而屈人之兵之威向幕府山炮台进军。在进攻幕府山炮台的阵地上淞军与进攻一天的左路军浙军一部会和，一起进攻幕府山炮台。
由于幕府山炮台的清军得知联军昨日不费一枪一弹就占领了乌龙山炮台，非常震惊与恐慌，又看到进攻的联军气势正虹不敢硬抗，于是幕府山炮台的清军只是稍稍做了抵抗就败退了。联军攻占幕府山炮台后，便从幕府山炮台发炮向清军北极阁司令部及狮子山炮台猛烈轰击。
在中路军，13日时联军司令徐绍桢率领苏军与浙军主力则由东流向麒麟门进军，并于14日在马群与清军遭遇，奋勇夺得5个山头。
在马群的战斗中有一支女兵队伍尤其出色，这就是以尹维峻为首的女兵敢死队。尹维峻虽然只是个17岁的少女，却足智多谋，英勇善战。女兵敢死队在她带领下，协同作战，互相配合，奋力拼杀，最终击溃清军取得胜利。
14日，张勋亲率8000人围攻浙军，危急时刻，浙军参谋长吕公望亲临前线督战，淞军1营及镇军马队也驰回，三军奋起反击，击毙清军统领王有宏、歼敌2000余人，随即联军攻占孝陵卫，前锋抵达紫金山一线。
南路军，13日赵成武率部也进展顺利，在占领上方镇、高桥门之后，进逼雨花台。
在攻打雨花台时，在攻打雨花台时，也有一支女兵队伍同样出色，这就是以吴淑卿为首的娘子军。吴淑卿早就把孙伟的嘱托抛之脑后，在进攻雨花台时率领她的娘子军一手一只盒子炮，腰缠汉阳兵工厂仿造德国的木柄手雷，一边开枪一边投掷手雷，率领娘子军最先占领雨花台、强登中华门，虽然吴淑卿有如神助没有受一点伤但是吴淑卿的娘子军伤亡是最大的，这有悖于孙伟来时的嘱托。
于是占领雨花台后赵成武就把吴淑卿叫道面前，碍于孙伟的面子不好训斥，但是赵成武还是给吴淑卿讲了孙伟这次进攻南京旨在练兵不想让军队伤亡过重，再次嘱咐吴淑卿在以后的战争中尽量保护好自己士兵的性命。
吴淑卿看着伤亡惨重的女兵营，也有点后悔自己的莽撞，让自己的姐妹受到很多无谓的牺牲。赵成武看到吴淑卿认识了自己的错误，就让吴淑卿去整理自己的军队。
赵成武命令军队在雨花台休整一夜后，率军向天堡城进发。当时，天气寒冷，清军据险顽抗。在敌火炮和机关枪封锁下，赵成武的特遣队伤亡较大。于是赵成武命令进攻的军队退下来并且命令军队分头从紫金山的北坡和主峰两个方向向天堡城方向广挖战壕。
等特遣队把战壕挖到迫击炮射程范围之内后，赵成武就把所有的迫击炮放在战壕内，向天堡城进行无差别攻击。一个团的步兵在迫击炮的掩护下向天堡城发动冲锋，上演了一出小型的步炮协同作战。
清军的反抗非常激烈，在特遣队猛烈的炮火下纷纷反击。赵成武见清军反抗激烈，就把进攻的军队招了回来，回应清军的又是一阵的炮火。随后，赵成武又派另一个团的步兵进攻天堡城，受到激烈抵抗后有命令军队后撤，再用炮炮轰天堡城。
如是反复十几次之后，天堡城的清军再也支撑不住炮火的进攻，天堡城也宣告易主。
到11月15日，革命军扫空了南京城外的所有抵抗力量，江浙联军与赵成武会合于南京城下。
天堡城被攻破后南京城郭险要已全部落入联军手中，这就宣告着南京城陷落进入倒计时。但掌握江防军，拥有实权的张勋负隅顽抗，不肯投降。
联军使用大炮向城内太平门清军瞭望台和北极阁张勋指挥所轰击。张人骏与铁良知南京不可守，遂请美籍教士鼓楼医院院长马林帮忙，在