革命军九月十二日失去了汉口，十四日就得了比汉口更重要的上海，接着十五日浙江全省独立，十六日光复苏州，十月七日汉阳撤退后，十二日就攻克了南京，使革命势力并未减弱，反而蓬勃。南京攻击战是一场硬仗，战斗经过有一段曲折而复杂的过程。
当时在南京的，有两江总督张人骏，江宁将军铁良，他们所恃的武力，是江南提督兼钦差江防大臣张勋的部队。张勋在南京城内一枝园设立大本营，用极惨酷的手段镇压南京人民，一枝园、浮桥一带军警林立、杀气腾腾，行人却步，凡是剪了辫子的人，被捕、被杀，不计其数，没有头发的人头高悬在大行宫、花牌楼一带，整个南京变成了恐怖世界。
南京城外雨花台、马神庙、秣陵关一带是徐绍祯的防区。徐是新军第九镇统制兼江北提督，他和张勋曾为了革命问题几乎动了武。徐主张参加革命，张反对，于是徐便单独到上海投奔革命阵营，并在上海筹组苏、浙、沪联军，进攻南京，推举徐为联军总司令，于右任为秘书长，孙毓筠为副秘书长。下辖：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。联军总部设于镇江洋务局。
十月初三日联军与张勋部队战于孝陵卫，张军败北。初五日淞军黎天才部攻占乌龙幕府两山，浙军朱瑞部同时占据马群附近要隘，攻占孝陵卫。
此次战役，同盟会员丁怀瑾（号石生）有《辛亥光复沪宁记》，记载其事，兹录于后：
辛亥秋，余自日本偕同志返沪滨，组织敢死队，宁波留日同学胡以鲁（号仰曾）赠词以壮行色，兹录其词及序：石生先生组决死队回国，参与光复重任，奉此词以壮行，并同队诸志士，仰曾敬赠，词曰：秋风肃肃送君新桥（日本东京车站之名），行矣哉故国非遥，恢复中华在崇朝，行矣哉气爽秋高，落红不是无情物，为国捐躯此七尺。
光复春申，参与之革命志士不满百人，推陈英士同志都督沪军，劝黎天才统领率部来归，余并促黎一军进占金陵城外之鸟龙、幕府两山以据形势；守金陵者为辫子将军张勋，遣城内防军拂晓出击，见两山已悬白帜，乃屯于山下不敢进。浙江朱价人进攻紫金山，以无炮队久不下，余乃函英士商拨炮营助攻。复约黎天才，以旧有江上炮台可转射南京城内，惜我军无习炮术者，余于山下遇一旅行之英人，知系海军，邀返炮台，渠握其机钮，即灵转自如，发炮三枚，攻城内北极阁等要地。适两江总督张人骏、提督张勋并各司道会议阁上，闻炮声骇散。不二日而英国领事偕道员郭某，奉命悬白旗来商罢战，南京乃告光复。
余有南京光复诗纪其事，中有两句云：“两张（即两江总督张人骏，提督张勋）心胆应惊碎，一炮声威欲避难。”
南京之光复也，张勋率众退出临淮，转赴徐州。黎天才军先入，浙军暨沪军先锋队各分道入，是时先后入驻金陵一带之联军，有徐固卿部，皖军柏烈武部分驻江南北，而金陵都督一席争执殊烈。余既电促先总理早日回国，且劝黎天才速就都统，率师援鄂，一场风波得以镇定。辛亥光复南京之初，尧化门为军事重地，苏州程雪楼都督亦来驻，一日余带炮兵抵此，参加紫金山之战，有壮马，程感兴趣，意欲试骑而足不灵。时有两僧方来自金陵城内，欲谒都督报告军情，及见程乃仅云：城内人心惊惶，张大帅爱姬小毛子已北去云云。余纪事诗中有两句云：跛足将军欲乘马，秃头和尚大吹牛。时浙军协统朱价人（瑞）见之，为之捧腹，云可寄与英士作沪军都督府一段谐谈也。
这是丁怀瑾（石生）亲身经历光复南京的笔记，不仅有史料价值，而且轻松有趣。
光复南京的联军总司令徐绍祯，字固卿，广东番禺县人，曾任福建武备学堂总办，江西常备军统领。两江总督李兴锐调他为两江兵备处总办，兼新军第九镇统制。第九镇是中国首先实行征兵制的新军。当江北提督、会办江防大臣王士珍丁忧辞职时，清廷派徐兼摄江北提督。他这时已同情革命，引进同盟会会员柏文蔚、冷遹、赵声等为管带。南京临时政府成立后，徐自动撤销联军司令部，所部交陆军总长黄兴直接管辖。孙中山先生曾任命徐为南京卫戍总督，后来孙中山先生卸除临时大总统，南京卫戍部并入南京留守府。孙中山先生为了酬庸徐革命功绩，乃赠以八厘公债100万元，徐提出1．4万元为《民立报》的补助费，1万元为女子北伐队的结束费，其余一概奉还政府，颇有清誉。
徐的顶头上司是江防大臣张勋，两人为了革命几乎决斗。联军攻克南京时，捕获张勋爱妾小毛子，徐把她安置在门帘桥陈善家中，上海都督陈其美主张把小毛子解到上海，陈列张园任人参观，收门票四角。因小毛子有艳名，据说门票可收入10万元，以助军饷。徐不同意，并派陶逊护送小毛子到徐州，交还张勋。张大喜过望，派辫子兵排队到车站迎接陶逊，并将所扣100辆火车交还铁路局以作报酬。