南京成为清朝政府在长江流域的一座孤城。两江总督张人骏有督署卫队2000人；江南提督张勋率江防军23营，计7000人驻南京。张勋字绍轩，江西奉新人，1884年投军，1891年任广西参将。1895年参加袁世凯小站练兵，充工兵营管带，后随袁世凯镇压义和团，升至总兵。1902年调北京，多次扈从慈禧太后及光绪帝。后调奉天任职，1908年升云南提督，后改任甘肃提督，1910接任江防营，驻浦口，1911年8月任江南提督，思想顽固，极端忠于清朝，是个凶残能战的悍将。张勋部下有两标领，一是王有宏，一是赵会鹏，各领10营，其余3营由张勋直辖，称为亲兵。
武昌首义后，江防军手持大刀，到处搜索革命党人，遇着剪去辫子的青年，立即逮捕，押往小营、一枝园、万关等处刑场。杀人无数，谓之“杀和尚头”，杀后悬首示众，惨不忍睹。南京下关仪凤门等，都有江防兵把守，城内无辫青年不敢出走，吓得戴上假发，坐在家中，不出大门一步。
南京城里驻新军第9镇，统制是徐绍桢。徐绍桢字固卿，广东番禺人，举人出身。曾任福建武备学堂总办，江西常备军统领等职，1905年任新军第9镇统制，倡行征兵制。第9镇属第17、18两协，有第33、34、35、36四标、马队1标、炮兵1标、工程兵1营、辎重1营、宪兵3营，是一支建制完整、装备精良、有较强战斗力的部队。镇司令部、17协司令部、33、34标以及马、炮、工、辎、宪兵各部队驻南京，18协司令部、35标驻镇江，36标驻江阴。
第9镇的革命党人活动，始于著名革命党人赵声担任33标标统时。赵声乃江苏丹徒人，原名毓声，字伯先，号百先。1902年毕业于江南陆军师学堂的理论先驱。主要代表人物有：德国的海德格尔、雅斯贝尔，遂倾向反清革命。次年游日本，与黄兴结识，归国后任两江师范学堂教员，撰写七字唱本《保国歌》，秘密散发，宣传革命，为当局所忌，离南京，赴长沙，任实业学堂监督。1905年，谋于新军在保定秋操时策动革命，未成，到南京任督练公所参谋官，在江阴训练新军。不久辞职，随郭人璋到广西，任巡防营管带。年余，仍回南京，任33标2营管带，旋擢该标标统，曾援引柏文蔚、倪映典、熊成基、林之夏、林述庆、陶骏保、冷遹等人先后来第9镇任军佐。
孙中山派吴旸谷到南京组织同盟会，柏文蔚的岳王会南京分会集体加入同盟会，赵声、林之夏、冷遹、林述庆、伍崇仁、孙麟、韩金声、何遂、杨韵珂等人以次加入，公推赵声为长江盟主，设机关于鼓楼之东，先定玄武湖之湖神庙为会议地点。
赵声进行革命活动，被两江总督瑞方发觉，便赴广州，在新军中担任标统，并筹谋广州新军起义。
虽然赵声等人离开南京新军第9镇，但留下了不少革命种子。
武昌首义后，张人骏、张勋等人严重疑忌新军，便将新军子弹收缴，又收新军炮6挺、机关枪6门。与此同时，将驻浦口的江防军调入南京，人发500颗子弹。新军和江防军，便成冰炭。新军众论沸然，无不发指眦裂，终日聚议，均欲与张勋的江防军作生死拼，因子弹未能得手，是以累欲起事而又累蹶。张人骏、张勋摸透新军用意，乃于狮子山北极阁高架大炮数尊，炮口对准33、34标；水路又于三叉河要道架大炮一尊，炮口对准工、辎两营。新军无子弹，日坐愁城。
张人骏要在新军各标营大事搜捕，召徐绍桢密议。徐特异议，谓是适以激变，张人骏不敢轻举妄动，便将新军5000人调出南京城，移驻城南60华里的秣陵关附近。张人骏答应拨发新军每人枪150发子弹，机关枪1万发子弹，炮弹1000颗，弹药和9月份饷银于10月31日运往出防地点。出防前，各级将校欲先领弹药，后出发。张人骏坚持到防地即发。但部队到了驻防地方，根本不见弹药饷银运来，受了张人骏之骗。
在新军人心愤激、几有不可终日之势的情况下，上海革命党人派柏文蔚来南京。柏文蔚安徽寿县人，字烈武。原任第9镇33标管带，因与孙毓筠等拟炸两江总督端方，事败走东北，任吉林屯田营管带。同冯麟阁、蓝天蔚等计划在东北起义。武昌起义爆发，乃去上海，受同盟会派遣来南京。南京同盟会机关设在内桥，由上江公学校凌毅、李华侬主持，策动新军起义。柏文蔚便住在机关里。新军官兵知道他来到南京。有几十人前来同他联系，皆以新军有枪无弹而虑。
新军革命党人以下级军官和士兵为多，中上级军官害怕，且有逃离军队者。第9镇统制徐绍桢亦惴惴不安。新军移至秣陵关后，柏文蔚便随之前往。徐绍桢得知，约他相见。柏文蔚告诉他，只要他能领导反正，当拥为都督。徐道：“余老矣，汝辈青年，万不可叫我做难题。”第9镇正参谋官史久光、17协协统沈同午、18协协统孙铭在座，反复讨论，决定先上海、以次攻南京的策略。徐绍桢当即命柏文蔚返上海运枪炮子弹来，作起义准备。当天，上海光复。次日，江苏、浙江同时光复。
正在柏文蔚、徐绍桢等准备起义时，南京局势突然变化。由武昌潜回南京的原第9镇马标排长苏良斌，贸然在南京城内单独采取冒险行动，于11月7日夜半纵火。督署附近卫队和汉西门巡防营内革命党人，误认新军发动起义，乃同时响应。张勋的江防军统领王有宏亲自用机关炮击毙卫队起事士兵20人余人。其余起事者力不支，乃遁去。巡防各营革命党人相继起事，打开城门，未见大军来到，江防军用枪乱击，杀伤甚多，起事者溃散。
次日，张人骏、张勋将巡防营未起事者即行调离城外，将城门紧团，严密防守。由凌毅运动的城内的响应力量、巡防军等，因先斯发动，被各个击破。
驻扎在秣陵关的第9镇新军，在上海、江苏、浙江、镇江相继光复的消息鼓舞下，急于一显身手，不等柏文蔚从上海运弹药来，便于7日下午下达起义的命令，计划分三路向南京进攻，主力向城南雨花台进击，由沈同午任总指挥，口号是“兴汉灭满”。
新军士兵把刺刀、马刀一律开口，准备肉搏拼杀，夺取雨花台，作为进攻南京之据点。第9镇士兵多是勇往直前，但官长有勇有怯。有些中级军官，本来亦不能为部下所容，于是，能逃者逃，不能逃者，只好收起那种夜郎自大的骄傲态度，对部下俯首听命，假意赞成，遇机再图脱逃。
第9镇新军准备在8日上午发动进攻，却不知苏良斌在7日夜半冒险行动，城内响应部队已被击溃，还以为在攻城时能得到城中内应，故在弹药不济的情况下，决定进攻。
8日上午11时，各路纵队抵达无名纬河南岸。主力纵队先锋骑兵刚出花神庙北端，遭雨花台清军守兵炮击，但炮手的技术极差，炮弹落点离起义军很远。起义军33、34标继续前进。
两标展开后，始报协司令部，沈同午急进花神庙，见两标已成战斗队形，军队均脱离总指挥官掌握，陷于各自为战之情况。起义军前队又误认为炮台守军已背叛清朝，便挥动手臂，号召守军同起义军联合。当起义军靠近守军时，遭到守兵排炮袭击，死者无数，少数幸存者才伏地开枪还击。
起义军除34标每人有子弹3粒外，33标及马炮标、工、辎等营均无子弹、战斗不能持久。下午5时，接到从南京城内逃出的谍报员报告，方知苏良斌冒险发动，造成失败的消息。内应断绝，又势成骑虎，沈同午决定只能夜袭，组织敢死队100人，每人发8发子弹，携手榴弹猛扑雨花台。
傍晚，33标吹起冲锋号，部队向前冲杀。但毕竟弹药缺乏，清军守兵据险用机枪扫射，起义军伤亡达200余人，他们一面进攻，一面盼子弹运来。听说子弹用棺材装运而来，但终不见运到。
9日天将拂晓，起义军疲惫不堪，难以再战。沈同午暗想，天明必陷于全灭，不如背进镇江，以图再举。适大雾不辩咫尺，乃命马炮工辎队先退，33、34标继之。因大雾笼罩，张勋军队不敢追击，也不敢下山搜索。起义军溃败后，大部沿句容大道退往镇江，小部分退往安徽，也有奔往武汉的。
张勋在南京城内大肆搜捕革命党人，因涉戮而惨遭杀戳者达数十人。是以盗贼蜂起，随处抢掠，人们恐慌动荡，四出逃避，人心普遍对清廷不满。
原驻江阴的新军36标早已移驻镇江。镇江驻有新军18协司令部和35标3个营、36标2个营，计5个营，子弹万发。那36标营管带、同盟会会员林述庆，奉中部同盟会密令，同李竟成一起，率镇江新军起义。镇江驻有京口副都统载穆所部旗防步兵1500人、山炮1营、机关炮4尊、马队300余人，又有巡防队1500人，枪械子弹充足。旗军将山炮、机关炮分置南门城上，防御新军。但旗军兵力摇动，夜不敢眠，纷议他徒，一夕数惊，纷纷隐匿财产，已无战斗力。
李竟成由沪到镇，策动驻镇各部队暨各界志士，齐举义旗。李竟成同林述庆密议后，召开军事会议，推林述庆为镇江总司令，许崇灏为参谋长，于11月5日发动起义。
起义军包围了镇江，威胁旗兵，并派人往旗营劝降。京口副都统载穆，深知旗兵游情日久，不堪一击，恐战事一启，旗人遭屠杀。又以大势已去，非镇江一隅所能抵抗。当地士绅等又反复劝说，遂传令所属马步各旗，一律缴械，共步枪数千支、炮数门、马数百匹。
驻镇江的水师管带徐宝山，经李竟成联系，渡江开往扬州。驻镇江的张勋所部江防营，也经李竟成联络反正。
于是，镇江未经战斗便宣告光复。林述庆被推为镇军都督，陶骏保为参谋长，李竟成为军务部长。
柏文蔚从上海运武器弹药来到镇江，被推负责招集从南京撤退的军队，以待整编。尚有从南京城内坠城而出的巡防军千余人，也被柏文蔚改编为先锋队两营。
第9镇新军退集镇江时，徐绍桢自赴上海，同沪军都督陈其美和旅沪各团体接洽，商议联络各方进攻南京。
11月11日，沪军都督府议推徐绍桢为进攻南京联军总司令，电请江苏、浙江两省都督府公认。
但是，徐绍桢原来所统率的第9镇兵力，均全部转入林述庆控制之下，林述庆便不再欢迎空手赤拳的徐绍桢重新做他的上级。然而，林述庆的资望远不能与徐绍桢相比，镇军内不少人劝他服从徐的领导，同盟会会员林之夏劝之不从，乃不辞而别，表示脱离镇军。后经柏文蔚再三劝说，林述庆才勉强表示同意。
徐绍桢从上海乘火车来到镇江，召集各方代表会议，组织苏浙联军总司令部，徐绍桢为总司令，顾忠琛为参谋总长，孙毓筠为军事参谋。主要兵力有镇军、苏军、浙军、淞军四支，还有海军相助。镇军包括原第9镇全体部队，编成镇军第1镇，以柏文蔚为统制，受镇军都督林述庆管辖。下属两协，第1协为前卫，第2协为总预备队。苏军由协统刘之洁率领，共步兵4营，炮马各1队。淞军黎天才部，共步兵600人。浙军朱瑞部，步兵1标、马队2营，炮兵2队，工程辎重各1队。此外，后期开到的还有：洪承点的沪军义勇队，江阴、淞江的巡防营，以及女子国民军30名。这些军队中，镇军和浙军战斗力最强，淞军虽人数不多，但慓悍善战。
徐绍桢于11月16日召开紧急军事会议，林述庆、柏文蔚、刘之洁、朱瑞、黎天才等参加。决定分兵三路：淞军为北路进攻乌龙、幕府两山；苏军为南路进攻雨花台；浙军、镇军为中路，镇军攻天保城，浙军攻紫金山。各路军作出发前准备。20日，徐绍桢发出命令，各路从速进攻，海军随同前进。
联军各路向南京进攻，首先取得突破的是北路的乌龙、幕府两山炮台。联军总司令部的同盟会会员官成鲲曾任幕府山炮台官，同炮台兵感情一向融洽，立意策计运动炮台兵反正，秘密谒见徐绍桢，徐绍桢十分高兴，遂派徐朔相助。官成鲲、徐朔密召两台弁兵，晓以光复大义，弁兵表示愿意响应。徐绍桢立刻调淞军黎天才军600人和浙军马队，在夜间随同官成鲲、徐朔直赴乌龙山麓，直达山巅，炮台兵开门欢迎，改插白旗。拂晓，又分兵占领幕府山。捷报传来，徐绍桢立刻任命官成鲲为炮台司令，并留黎天才所部镇守两山。
张勋命令狮子山炮兵轰击幕府山炮台。狮子山、幕府山炮兵都系湘人，彼此心心相印，不愿轰伤同乡，故狮子山之炮，只轰幕府山麓，或半山，或越山而过，从未命中。
25日，联军向南京正面发动进攻。以朱瑞为支队长、吕公望为参谋长的浙军3000余人，是进攻的主力。这支战斗力较强的部队，经东流市向麒麟门前进，同清军展开激烈的战斗，击退从马群来的清军，一举占领紫金山东部，右翼在孝陵卫附近，左翼到达紫金山中部。清军统领王有宏被击毙，死者1000余人，被俘数百人。王有宏是张勋的一员大将，素来慓悍善战，他战死，对清军士气是个很大的打击。
因张勋部的辎重在浦口，镇军柏文蔚率11营渡江，向六合前进，作为攻击南京的右侧支队。
刘之洁所部苏军向上方镇进攻，并占领了上方镇。
占领幕府山的联军，向城内北极阁两江总督府、满旗将军府和张勋提督府等衙门轰击，炮声震天。1枚炮弹命中北极阁，在总督张人骏、满旗将军铁良和提督张勋3人居住的庙宇内爆炸，击毁了2尊小炮，那3位清朝大臣胆战心惊，惊慌失措地逃入附近的日本领事馆避难。
联军总司令部移驻麒麟门，命镇军速拨步兵1标、骑兵2队、山炮8门，到前线助攻。
张勋见联军围城很紧，于11月26日拂晓5时，亲率奋勇队4000人，旗兵1000余人，袭击联军。战斗自晨至夕，清军不支，退入城内。浙军奋勇追击，直到朝阳门外。
张勋从此只知消极守城，再不敢相机出击。联军对南京已成合围之势，张勋部队正无异坐以待毙。
联军总司令部发布向天保城攻城命令。
天保城地处南京城东朝门外的钟山半腰，钟山山势高峻，居高临下，俯瞰南京全城。天保城上筑要塞，既高且峻。天保城地形窒碍，起伏无定，山路崎岖，羊肠曲径，利于守，而不利于攻。天保城为攻取南京之要点。南京过去一直流传着这样的兵谚：“要得南京城，先打天保城。”
敌军在天保城设江防兵1营，旗兵400人，炮10余门，机关炮4尊。敌军以坚强之兵力，凭险死守，接电话与城内通消息。
徐绍桢下令镇军、浙军、辅以洪承点的沪军，以及刚刚赶来的粤军，会同猛攻天保城。
30日下午，林述庆率镇军第2标，同浙军2队、沪军义勇队以及粤军从钟山山麓，攀藤附葛，猛力冲锋。清军弹如雨下，战斗异常激烈。镇军管带杨韻珂、浙军敢死队队长叶仰高等战死。
12月1日晨6时，联军终于攻克天保城。争先冲上天保城者，为镇军连长季遇春。是时，浙军、粤军亦由两翼相继攻入。沪军亦派队增援，始把天保城完全占领。
联军在攻克天保城的同时，苏军也攻占了南京城南的雨花台。
天保城既破，南京再也无法坚守。张勋遣清军统领胡令宣、被俘的联军总司令部顾问史久光出南门，手执白旗，臂缠白布，投苏军司令部，谒见刘之洁求和。
当晚，张勋率残余部队潜出南门，由大胜关一带渡江，赴浦口。两江总督张人骏、满旗将军铁良，仓皇搭乘日本军舰“秋津州”号出走。
南京城内军心本来不稳。张勋待军不均，素来厚于江防军，薄于巡防军。每战必令巡防军冲前阵，少却则令江防队以炮击之。城中缺米，江防军有食，巡防军则无粮，苦战数日不得食，甚惨。张勋走后，胡令宣和巡防营统领张联升、赵荣华等，各率残部投降，开城门迎联军入城。镇军林述庆部从太平门入城，苏军刘之洁部从南门入城，徐绍桢率联军总司令部从马群开拔入城。
张勋率残部向浦口溃退，遭柏文蔚部截击，缴得枪械饷银甚多。柏文蔚借机扩充了部队。
原新军第9镇主要兵力都落入镇军都督林述庆的手里，林述庆实力雄厚，颇有不可一世之概，不愿受徐绍桢控制，他率部入城后，擅自住于两江总督署花园大洋房内，署内全驻镇军，不许其他部队入署。他不再打着镇军都督的旗号，自改称江宁都督。徐绍桢率联军总司令部到两江总督署，镇军不准他们入署。徐绍桢只得将总司令部带往谘议局屯驻。
徐绍桢虽然号称联军总司令部，只能仰人鼻息。林、徐不和，使南京城内开始出现混乱现象。联军兵力虽以镇军为最强，但其他各部队对林不服，认为林述庆不过是原系徐绍桢的部下的管带，论其资望及功勋，实相差甚远，扬言要举兵攻之。苏浙两省也对林述庆不满，甚至连镇军内部亦反对林述庆夜郎自大的行为。林述庆自称都督，无法控制南京全局。城内浮动，其势汹汹。有谋暗杀的，有谋围攻督署的。
徐绍桢处境狼狈，力辞重任。他致电各省军政府并各报馆：“已将南京城光复，民军陆续进城，此皆群策群力所致，桢实无丝毫之力，善后诸务极繁，务求诸公推举都督以图长治久安。俾桢敛身归隐，没齿铭感。”
黄兴、宋教仁、章太炎以及沪军都督陈其美立即复电：“此间已公推程德全移驻江宁，为江苏都督，并推林述庆为出征临淮总司令。东南要人，本党英俊，共表同情。德全即日赴宁，北征尤为重要。”
江苏省议会全体议员复电称：“江苏本为一省，宁苏分治，原属满廷弊政，今既改为共和，一省之中应只设一行政总机关，俾民政有所统一。而宁苏相较，自以驻宁为宜。程德全平昔行政，注重民事。现在金陵光复，拟即请程公移驻宁垣，抚绥保定以慰全省民望。”
早在联军集合于镇江进攻南京之前，徐绍桢见林述庆欲另立联军总司令部，曾电致上海总机关部，力辞总司令职。上海总机关部便改举程德全为总司令，以徐绍桢副之。程德全自称无军事学识，通电力辞，但允许亲赴前敌抚慰各军。上海总机关部以军事紧急，电请徐绍桢以国为重，勉任其难，徐绍桢不得已，遂率联军向南京进发。
12月3日，同盟会要人宋教仁、于右任等由沪赴宁。宋教仁面见林述庆，劝道：“倘程公督宁，一切军需上补充，必能极力担任，不使君丝毫掣肘。”
林述庆迫于南京情势，终于允诺，参谋长陶骏保即执笔立草电稿，付电局拍发。其电文中有一省不可三都督之语。自此电发出，南京城内混乱的局势消弭。
于右任等立即致电陈其美：“林都督承认临淮司令任务，军民全体急盼程都督火速莅宁，维持治安大局。”
程德全于12月6日，从上海乘专车到达南京，随即就任江苏都督。从此，江苏省会由苏州迁往南京。
林述庆被改举为北伐临淮总司令，但镇军中许多人对他并不心服。进攻南京时，林述庆委柏文蔚为镇军第1师师长，徐宝山为镇军第2师师长，郑权为镇江军政使。林被推为总司令后，即赴浦口晤柏文蔚，商量就职和北伐事宜，柏对林态度冷淡，商谈也毫无结果。林述庆又赴扬州去晤徐宝山，徐也不加理睬。他只得回到镇江，与镇江军政使郑权商议，郑亦无所表示。那雄心勃勃的林述庆，不得已，只得宣布下野。
武昌形势十分危急，黎元洪已退洪山，致电南京求援。宋教仁、于右任便派淞军黎天才率部往援。黎是湖北人，积极赞同赴武昌，遂将收编的巡防营张联升、赵荣华部同淞军合组一师，以黎天才为师长，星夜驰援。
武昌首义后，江防军手持大刀，到处搜索革命党人，遇着剪去辫子的青年，立即逮捕，押往小营、一枝园、万关等处刑场。杀人无数，谓之“杀和尚头”，杀后悬首示众，惨不忍睹。南京下关仪凤门等，都有江防兵把守，城内无辫青年不敢出走，吓得戴上假发，坐在家中，不出大门一步。
南京城里驻新军第9镇，统制是徐绍桢。徐绍桢字固卿，广东番禺人，举人出身。曾任福建武备学堂总办，江西常备军统领等职，1905年任新军第9镇统制，倡行征兵制。第9镇属第17、18两协，有第33、34、35、36四标、马队1标、炮兵1标、工程兵1营、辎重1营、宪兵3营，是一支建制完整、装备精良、有较强战斗力的部队。镇司令部、17协司令部、33、34标以及马、炮、工、辎、宪兵各部队驻南京，18协司令部、35标驻镇江，36标驻江阴。
第9镇的革命党人活动，始于著名革命党人赵声担任33标标统时。赵声乃江苏丹徒人，原名毓声，字伯先，号百先。1902年毕业于江南陆军师学堂的理论先驱。主要代表人物有：德国的海德格尔、雅斯贝尔，遂倾向反清革命。次年游日本，与黄兴结识，归国后任两江师范学堂教员，撰写七字唱本《保国歌》，秘密散发，宣传革命，为当局所忌，离南京，赴长沙，任实业学堂监督。1905年，谋于新军在保定秋操时策动革命，未成，到南京任督练公所参谋官，在江阴训练新军。不久辞职，随郭人璋到广西，任巡防营管带。年余，仍回南京，任33标2营管带，旋擢该标标统，曾援引柏文蔚、倪映典、熊成基、林之夏、林述庆、陶骏保、冷遹等人先后来第9镇任军佐。
孙中山派吴旸谷到南京组织同盟会，柏文蔚的岳王会南京分会集体加入同盟会，赵声、林之夏、冷遹、林述庆、伍崇仁、孙麟、韩金声、何遂、杨韵珂等人以次加入，公推赵声为长江盟主，设机关于鼓楼之东，先定玄武湖之湖神庙为会议地点。
赵声进行革命活动，被两江总督瑞方发觉，便赴广州，在新军中担任标统，并筹谋广州新军起义。
虽然赵声等人离开南京新军第9镇，但留下了不少革命种子。
武昌首义后，张人骏、张勋等人严重疑忌新军，便将新军子弹收缴，又收新军炮6挺、机关枪6门。与此同时，将驻浦口的江防军调入南京，人发500颗子弹。新军和江防军，便成冰炭。新军众论沸然，无不发指眦裂，终日聚议，均欲与张勋的江防军作生死拼，因子弹未能得手，是以累欲起事而又累蹶。张人骏、张勋摸透新军用意，乃于狮子山北极阁高架大炮数尊，炮口对准33、34标；水路又于三叉河要道架大炮一尊，炮口对准工、辎两营。新军无子弹，日坐愁城。
张人骏要在新军各标营大事搜捕，召徐绍桢密议。徐特异议，谓是适以激变，张人骏不敢轻举妄动，便将新军5000人调出南京城，移驻城南60华里的秣陵关附近。张人骏答应拨发新军每人枪150发子弹，机关枪1万发子弹，炮弹1000颗，弹药和9月份饷银于10月31日运往出防地点。出防前，各级将校欲先领弹药，后出发。张人骏坚持到防地即发。但部队到了驻防地方，根本不见弹药饷银运来，受了张人骏之骗。
在新军人心愤激、几有不可终日之势的情况下，上海革命党人派柏文蔚来南京。柏文蔚安徽寿县人，字烈武。原任第9镇33标管带，因与孙毓筠等拟炸两江总督端方，事败走东北，任吉林屯田营管带。同冯麟阁、蓝天蔚等计划在东北起义。武昌起义爆发，乃去上海，受同盟会派遣来南京。南京同盟会机关设在内桥，由上江公学校凌毅、李华侬主持，策动新军起义。柏文蔚便住在机关里。新军官兵知道他来到南京。有几十人前来同他联系，皆以新军有枪无弹而虑。
新军革命党人以下级军官和士兵为多，中上级军官害怕，且有逃离军队者。第9镇统制徐绍桢亦惴惴不安。新军移至秣陵关后，柏文蔚便随之前往。徐绍桢得知，约他相见。柏文蔚告诉他，只要他能领导反正，当拥为都督。徐道：“余老矣，汝辈青年，万不可叫我做难题。”第9镇正参谋官史久光、17协协统沈同午、18协协统孙铭在座，反复讨论，决定先上海、以次攻南京的策略。徐绍桢当即命柏文蔚返上海运枪炮子弹来，作起义准备。当天，上海光复。次日，江苏、浙江同时光复。
正在柏文蔚、徐绍桢等准备起义时，南京局势突然变化。由武昌潜回南京的原第9镇马标排长苏良斌，贸然在南京城内单独采取冒险行动，于11月7日夜半纵火。督署附近卫队和汉西门巡防营内革命党人，误认新军发动起义，乃同时响应。张勋的江防军统领王有宏亲自用机关炮击毙卫队起事士兵20人余人。其余起事者力不支，乃遁去。巡防各营革命党人相继起事，打开城门，未见大军来到，江防军用枪乱击，杀伤甚多，起事者溃散。
次日，张人骏、张勋将巡防营未起事者即行调离城外，将城门紧团，严密防守。由凌毅运动的城内的响应力量、巡防军等，因先斯发动，被各个击破。
驻扎在秣陵关的第9镇新军，在上海、江苏、浙江、镇江相继光复的消息鼓舞下，急于一显身手，不等柏文蔚从上海运弹药来，便于7日下午下达起义的命令，计划分三路向南京进攻，主力向城南雨花台进击，由沈同午任总指挥，口号是“兴汉灭满”。
新军士兵把刺刀、马刀一律开口，准备肉搏拼杀，夺取雨花台，作为进攻南京之据点。第9镇士兵多是勇往直前，但官长有勇有怯。有些中级军官，本来亦不能为部下所容，于是，能逃者逃，不能逃者，只好收起那种夜郎自大的骄傲态度，对部下俯首听命，假意赞成，遇机再图脱逃。
第9镇新军准备在8日上午发动进攻，却不知苏良斌在7日夜半冒险行动，城内响应部队已被击溃，还以为在攻城时能得到城中内应，故在弹药不济的情况下，决定进攻。
8日上午11时，各路纵队抵达无名纬河南岸。主力纵队先锋骑兵刚出花神庙北端，遭雨花台清军守兵炮击，但炮手的技术极差，炮弹落点离起义军很远。起义军33、34标继续前进。
两标展开后，始报协司令部，沈同午急进花神庙，见两标已成战斗队形，军队均脱离总指挥官掌握，陷于各自为战之情况。起义军前队又误认为炮台守军已背叛清朝，便挥动手臂，号召守军同起义军联合。当起义军靠近守军时，遭到守兵排炮袭击，死者无数，少数幸存者才伏地开枪还击。
起义军除34标每人有子弹3粒外，33标及马炮标、工、辎等营均无子弹、战斗不能持久。下午5时，接到从南京城内逃出的谍报员报告，方知苏良斌冒险发动，造成失败的消息。内应断绝，又势成骑虎，沈同午决定只能夜袭，组织敢死队100人，每人发8发子弹，携手榴弹猛扑雨花台。
傍晚，33标吹起冲锋号，部队向前冲杀。但毕竟弹药缺乏，清军守兵据险用机枪扫射，起义军伤亡达200余人，他们一面进攻，一面盼子弹运来。听说子弹用棺材装运而来，但终不见运到。
9日天将拂晓，起义军疲惫不堪，难以再战。沈同午暗想，天明必陷于全灭，不如背进镇江，以图再举。适大雾不辩咫尺，乃命马炮工辎队先退，33、34标继之。因大雾笼罩，张勋军队不敢追击，也不敢下山搜索。起义军溃败后，大部沿句容大道退往镇江，小部分退往安徽，也有奔往武汉的。
张勋在南京城内大肆搜捕革命党人，因涉戮而惨遭杀戳者达数十人。是以盗贼蜂起，随处抢掠，人们恐慌动荡，四出逃避，人心普遍对清廷不满。
原驻江阴的新军36标早已移驻镇江。镇江驻有新军18协司令部和35标3个营、36标2个营，计5个营，子弹万发。那36标营管带、同盟会会员林述庆，奉中部同盟会密令，同李竟成一起，率镇江新军起义。镇江驻有京口副都统载穆所部旗防步兵1500人、山炮1营、机关炮4尊、马队300余人，又有巡防队1500人，枪械子弹充足。旗军将山炮、机关炮分置南门城上，防御新军。但旗军兵力摇动，夜不敢眠，纷议他徒，一夕数惊，纷纷隐匿财产，已无战斗力。
李竟成由沪到镇，策动驻镇各部队暨各界志士，齐举义旗。李竟成同林述庆密议后，召开军事会议，推林述庆为镇江总司令，许崇灏为参谋长，于11月5日发动起义。
起义军包围了镇江，威胁旗兵，并派人往旗营劝降。京口副都统载穆，深知旗兵游情日久，不堪一击，恐战事一启，旗人遭屠杀。又以大势已去，非镇江一隅所能抵抗。当地士绅等又反复劝说，遂传令所属马步各旗，一律缴械，共步枪数千支、炮数门、马数百匹。
驻镇江的水师管带徐宝山，经李竟成联系，渡江开往扬州。驻镇江的张勋所部江防营，也经李竟成联络反正。
于是，镇江未经战斗便宣告光复。林述庆被推为镇军都督，陶骏保为参谋长，李竟成为军务部长。
柏文蔚从上海运武器弹药来到镇江，被推负责招集从南京撤退的军队，以待整编。尚有从南京城内坠城而出的巡防军千余人，也被柏文蔚改编为先锋队两营。
第9镇新军退集镇江时，徐绍桢自赴上海，同沪军都督陈其美和旅沪各团体接洽，商议联络各方进攻南京。
11月11日，沪军都督府议推徐绍桢为进攻南京联军总司令，电请江苏、浙江两省都督府公认。
但是，徐绍桢原来所统率的第9镇兵力，均全部转入林述庆控制之下，林述庆便不再欢迎空手赤拳的徐绍桢重新做他的上级。然而，林述庆的资望远不能与徐绍桢相比，镇军内不少人劝他服从徐的领导，同盟会会员林之夏劝之不从，乃不辞而别，表示脱离镇军。后经柏文蔚再三劝说，林述庆才勉强表示同意。
徐绍桢从上海乘火车来到镇江，召集各方代表会议，组织苏浙联军总司令部，徐绍桢为总司令，顾忠琛为参谋总长，孙毓筠为军事参谋。主要兵力有镇军、苏军、浙军、淞军四支，还有海军相助。镇军包括原第9镇全体部队，编成镇军第1镇，以柏文蔚为统制，受镇军都督林述庆管辖。下属两协，第1协为前卫，第2协为总预备队。苏军由协统刘之洁率领，共步兵4营，炮马各1队。淞军黎天才部，共步兵600人。浙军朱瑞部，步兵1标、马队2营，炮兵2队，工程辎重各1队。此外，后期开到的还有：洪承点的沪军义勇队，江阴、淞江的巡防营，以及女子国民军30名。这些军队中，镇军和浙军战斗力最强，淞军虽人数不多，但慓悍善战。
徐绍桢于11月16日召开紧急军事会议，林述庆、柏文蔚、刘之洁、朱瑞、黎天才等参加。决定分兵三路：淞军为北路进攻乌龙、幕府两山；苏军为南路进攻雨花台；浙军、镇军为中路，镇军攻天保城，浙军攻紫金山。各路军作出发前准备。20日，徐绍桢发出命令，各路从速进攻，海军随同前进。
联军各路向南京进攻，首先取得突破的是北路的乌龙、幕府两山炮台。联军总司令部的同盟会会员官成鲲曾任幕府山炮台官，同炮台兵感情一向融洽，立意策计运动炮台兵反正，秘密谒见徐绍桢，徐绍桢十分高兴，遂派徐朔相助。官成鲲、徐朔密召两台弁兵，晓以光复大义，弁兵表示愿意响应。徐绍桢立刻调淞军黎天才军600人和浙军马队，在夜间随同官成鲲、徐朔直赴乌龙山麓，直达山巅，炮台兵开门欢迎，改插白旗。拂晓，又分兵占领幕府山。捷报传来，徐绍桢立刻任命官成鲲为炮台司令，并留黎天才所部镇守两山。
张勋命令狮子山炮兵轰击幕府山炮台。狮子山、幕府山炮兵都系湘人，彼此心心相印，不愿轰伤同乡，故狮子山之炮，只轰幕府山麓，或半山，或越山而过，从未命中。
25日，联军向南京正面发动进攻。以朱瑞为支队长、吕公望为参谋长的浙军3000余人，是进攻的主力。这支战斗力较强的部队，经东流市向麒麟门前进，同清军展开激烈的战斗，击退从马群来的清军，一举占领紫金山东部，右翼在孝陵卫附近，左翼到达紫金山中部。清军统领王有宏被击毙，死者1000余人，被俘数百人。王有宏是张勋的一员大将，素来慓悍善战，他战死，对清军士气是个很大的打击。
因张勋部的辎重在浦口，镇军柏文蔚率11营渡江，向六合前进，作为攻击南京的右侧支队。
刘之洁所部苏军向上方镇进攻，并占领了上方镇。
占领幕府山的联军，向城内北极阁两江总督府、满旗将军府和张勋提督府等衙门轰击，炮声震天。1枚炮弹命中北极阁，在总督张人骏、满旗将军铁良和提督张勋3人居住的庙宇内爆炸，击毁了2尊小炮，那3位清朝大臣胆战心惊，惊慌失措地逃入附近的日本领事馆避难。
联军总司令部移驻麒麟门，命镇军速拨步兵1标、骑兵2队、山炮8门，到前线助攻。
张勋见联军围城很紧，于11月26日拂晓5时，亲率奋勇队4000人，旗兵1000余人，袭击联军。战斗自晨至夕，清军不支，退入城内。浙军奋勇追击，直到朝阳门外。
张勋从此只知消极守城，再不敢相机出击。联军对南京已成合围之势，张勋部队正无异坐以待毙。
联军总司令部发布向天保城攻城命令。
天保城地处南京城东朝门外的钟山半腰，钟山山势高峻，居高临下，俯瞰南京全城。天保城上筑要塞，既高且峻。天保城地形窒碍，起伏无定，山路崎岖，羊肠曲径，利于守，而不利于攻。天保城为攻取南京之要点。南京过去一直流传着这样的兵谚：“要得南京城，先打天保城。”
敌军在天保城设江防兵1营，旗兵400人，炮10余门，机关炮4尊。敌军以坚强之兵力，凭险死守，接电话与城内通消息。
徐绍桢下令镇军、浙军、辅以洪承点的沪军，以及刚刚赶来的粤军，会同猛攻天保城。
30日下午，林述庆率镇军第2标，同浙军2队、沪军义勇队以及粤军从钟山山麓，攀藤附葛，猛力冲锋。清军弹如雨下，战斗异常激烈。镇军管带杨韻珂、浙军敢死队队长叶仰高等战死。
12月1日晨6时，联军终于攻克天保城。争先冲上天保城者，为镇军连长季遇春。是时，浙军、粤军亦由两翼相继攻入。沪军亦派队增援，始把天保城完全占领。
联军在攻克天保城的同时，苏军也攻占了南京城南的雨花台。
天保城既破，南京再也无法坚守。张勋遣清军统领胡令宣、被俘的联军总司令部顾问史久光出南门，手执白旗，臂缠白布，投苏军司令部，谒见刘之洁求和。
当晚，张勋率残余部队潜出南门，由大胜关一带渡江，赴浦口。两江总督张人骏、满旗将军铁良，仓皇搭乘日本军舰“秋津州”号出走。
南京城内军心本来不稳。张勋待军不均，素来厚于江防军，薄于巡防军。每战必令巡防军冲前阵，少却则令江防队以炮击之。城中缺米，江防军有食，巡防军则无粮，苦战数日不得食，甚惨。张勋走后，胡令宣和巡防营统领张联升、赵荣华等，各率残部投降，开城门迎联军入城。镇军林述庆部从太平门入城，苏军刘之洁部从南门入城，徐绍桢率联军总司令部从马群开拔入城。
张勋率残部向浦口溃退，遭柏文蔚部截击，缴得枪械饷银甚多。柏文蔚借机扩充了部队。
原新军第9镇主要兵力都落入镇军都督林述庆的手里，林述庆实力雄厚，颇有不可一世之概，不愿受徐绍桢控制，他率部入城后，擅自住于两江总督署花园大洋房内，署内全驻镇军，不许其他部队入署。他不再打着镇军都督的旗号，自改称江宁都督。徐绍桢率联军总司令部到两江总督署，镇军不准他们入署。徐绍桢只得将总司令部带往谘议局屯驻。
徐绍桢虽然号称联军总司令部，只能仰人鼻息。林、徐不和，使南京城内开始出现混乱现象。联军兵力虽以镇军为最强，但其他各部队对林不服，认为林述庆不过是原系徐绍桢的部下的管带，论其资望及功勋，实相差甚远，扬言要举兵攻之。苏浙两省也对林述庆不满，甚至连镇军内部亦反对林述庆夜郎自大的行为。林述庆自称都督，无法控制南京全局。城内浮动，其势汹汹。有谋暗杀的，有谋围攻督署的。
徐绍桢处境狼狈，力辞重任。他致电各省军政府并各报馆：“已将南京城光复，民军陆续进城，此皆群策群力所致，桢实无丝毫之力，善后诸务极繁，务求诸公推举都督以图长治久安。俾桢敛身归隐，没齿铭感。”
黄兴、宋教仁、章太炎以及沪军都督陈其美立即复电：“此间已公推程德全移驻江宁，为江苏都督，并推林述庆为出征临淮总司令。东南要人，本党英俊，共表同情。德全即日赴宁，北征尤为重要。”
江苏省议会全体议员复电称：“江苏本为一省，宁苏分治，原属满廷弊政，今既改为共和，一省之中应只设一行政总机关，俾民政有所统一。而宁苏相较，自以驻宁为宜。程德全平昔行政，注重民事。现在金陵光复，拟即请程公移驻宁垣，抚绥保定以慰全省民望。”
早在联军集合于镇江进攻南京之前，徐绍桢见林述庆欲另立联军总司令部，曾电致上海总机关部，力辞总司令职。上海总机关部便改举程德全为总司令，以徐绍桢副之。程德全自称无军事学识，通电力辞，但允许亲赴前敌抚慰各军。上海总机关部以军事紧急，电请徐绍桢以国为重，勉任其难，徐绍桢不得已，遂率联军向南京进发。
12月3日，同盟会要人宋教仁、于右任等由沪赴宁。宋教仁面见林述庆，劝道：“倘程公督宁，一切军需上补充，必能极力担任，不使君丝毫掣肘。”
林述庆迫于南京情势，终于允诺，参谋长陶骏保即执笔立草电稿，付电局拍发。其电文中有一省不可三都督之语。自此电发出，南京城内混乱的局势消弭。
于右任等立即致电陈其美：“林都督承认临淮司令任务，军民全体急盼程都督火速莅宁，维持治安大局。”
程德全于12月6日，从上海乘专车到达南京，随即就任江苏都督。从此，江苏省会由苏州迁往南京。
林述庆被改举为北伐临淮总司令，但镇军中许多人对他并不心服。进攻南京时，林述庆委柏文蔚为镇军第1师师长，徐宝山为镇军第2师师长，郑权为镇江军政使。林被推为总司令后，即赴浦口晤柏文蔚，商量就职和北伐事宜，柏对林态度冷淡，商谈也毫无结果。林述庆又赴扬州去晤徐宝山，徐也不加理睬。他只得回到镇江，与镇江军政使郑权商议，郑亦无所表示。那雄心勃勃的林述庆，不得已，只得宣布下野。
武昌形势十分危急，黎元洪已退洪山，致电南京求援。宋教仁、于右任便派淞军黎天才率部往援。黎是湖北人，积极赞同赴武昌，遂将收编的巡防营张联升、赵荣华部同淞军合组一师，以黎天才为师长，星夜驰援。
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