隨後的十幾天，趙星星的部隊就和和月島雄的特種部隊，進行了一場又一場的拚命戰鬥。
而鬆滬會戰也正在收官階段，當趙星星和他的部隊以比較大的傷忙；全殲和月島雄的特種部隊和零號師團後，鬆滬會戰也就結束了。
之後，南京保衛戰役也就開始打起來了。
民國二十六年（1937年）12月1日，日軍攻占江陰要塞；是日，日本參謀本部據鬆井石根的要求，下達大陸令第八號：“華中方麵軍司令官須與海軍協同，攻占敵國首都南京”。[5] 其後，日軍占領鎮江、句容、溧水，突破南京外圍及複廓防禦陣地，直逼南京城垣。中國守軍與日軍展開了空前的拚死決戰。南京保衛戰開始，蔣介石任唐生智為南京衛戍部隊司令長官，指揮8.1萬國軍抵抗作戰。
12月 4日，在句容以東40裏的地方，在江南灰色陰沉的冬日中，日軍便衣偵察隊與國軍前哨部隊發生了短暫的交火，南京作戰外圍戰從此開始了。
5日，日軍的各個小部隊開始從間隙穿插與國軍第66軍發生交戰，在幾處陣地上甚至出現國軍全部打光的壯烈場景。7日，日軍兵臨城下，鬆井石根司令官從空中投函唐生智勸降。唐生智不予理睬，繼續命令各部隊“應以與陣地共存亡之決心盡力固守，決不許輕棄寸土。
”日軍三路進攻勢如破竹，南京外圍戰略要地相繼失陷。很快日軍就突破南京外圍一線防禦陣地。9日，日軍進抵南京城下，並用飛機向城中投撒日“華中方麵軍”司令官鬆井石根致中國守軍的最後通牒，進行勸降。
南京衛戍司令唐生智對鬆井的最後通牒不予理睬，並於當日下達了“衛參作字第36號”命令作為回答。企圖以“破釜沉舟”的精神背水死戰。10日，日軍發起總攻，日軍見中國軍隊拒絕投降，遂向雨花台、通濟門、光華門、紫金山第3峰等陣地發起全麵進攻，戰況較9日更為激烈。
特別是城東南方麵，因複廓陣地已基本喪失，日軍直接進攻城垣，所以形勢尤為嚴峻。衛戍司令部急令第83軍的第156師增援光華門、通濟門城垣的守備，並於城內各要點趕築準備巷戰的預備工事，同時將第66軍由大水關、燕子磯調入城內，部署於中山門及玄武門內構築工事，準備巷戰；另以剛剛由鎮江撤入南京城內的第103師及第112師由教導總隊總隊長桂永清指揮，負責中山門附近城垣及紫金山陣地的守備。
當夜，第156師選派小分隊墜城而下，將潛伏城門洞中的少數日軍全部殲滅。雨花台方麵，日軍2個師團主力和步、炮、坦克及航空兵協同攻擊，將第88師右翼第一線陣地全部摧毀。殘部退守第二線陣地。
當晚，日軍第18師團占領了蕪湖。11日，日軍第16師團猛攻紫金山南北的中國軍隊陣地。紫金山及其以南地區，教導總隊堅決抗擊。激戰終日，日軍毫無進展，惟其右翼部隊攻占了第2軍團防守的楊坊山、銀孔山陣地，進至堯化門附近。
日“上海派遣軍”為使其第16師團進攻容易及適時切斷守軍的東退道路，又從正在鎮江等船渡江的第13師團中調山田支隊（第13師團兵步第103旅團長山田指揮的步兵3個大隊、山炮兵1個大隊），從第16師團右翼加入戰鬥，向烏龍山、幕府山炮台進攻。
日軍第10軍的第114師團及第6師團主力繼續攻擊雨花台，第88師的第二線陣地又被摧毀，守軍被迫據守核心陣地。日軍第114師團右翼部隊開始攻擊中華門，城門被炮火擊毀。少數日軍一度突入城內，但被第88師據守城垣的部隊殲滅。
日軍第6師團左翼部隊之一部沿長江東岸北進，在上新河擊退憲兵教導2團的1個營，占領了水西門外的棉花堤陣地。日軍國崎支隊在當塗北慈湖附近渡過長江，沿西岸北進，向浦口運動。占領蕪湖的日軍第18師團因轉用於杭州方麵，不再參加進攻南京的作戰。
12月12日，從拂曉開始，日軍飛機大炮密集向各城門集中轟炸，城牆四周房屋倒塌，城牆洞開。戰至中午12點，雨花台被日軍占領，紫金山第二峰淪陷，中華門和中山門被日軍突破。成千成百的中國士兵在沒有長官指揮的情況下，用自己的身軀阻擋敵人。
而趙星星和他準備好的大部隊，也就在這一時刻，和日軍打上了。
特別是當南京保衛戰期間，蔣委員長所在的武漢大本營對南京的戰況也極為關注，每日均有詢問及指示的電報，當蔣委員長發現撤至南京部隊的戰鬥力及士氣已遠不如淞滬作戰，南京外圍主陣地帶僅防守兩三天即告失守，而複廓陣地立足未穩即在主要方向上又被敵突破、迫逼城垣時深感形勢嚴峻；當得知當塗附近已有日軍渡江時，更感局勢危急。為避免南京守軍被敵圍殲，蔣介石於11日中午考慮令南京守軍撤退，遂令時在江北的顧祝同以電話轉告南京衛戍司令唐生智。顧要唐當晚渡江北上，令守軍相機突圍。唐生智由於自己曾力主固守，若突然先行撤走，怕今後責任難負，因而要求必須先向守軍將領傳達清楚最高統帥的意圖後方能撤離。當晚，蔣介石致電唐生智：“如情勢不能久持時，可相機撤退，以圖整理而期反攻。”唐生智於當夜與羅卓英、劉興兩副司令長官及周參謀長研究後，決定於14日夜開始撤退。遂於12日淩晨2時許召集參謀人員製訂撤退計劃及命令。[7]