南京第3次宣布獨立的第2天，即8月12日，張勳率部到達龍潭。他致電馮國璋，要求馮派兵自大勝關、三汊河渡江攻占雨花台，同時令所部武衛前軍不待馮部協同作戰，即會同徐寶珍師突襲並占領紫金山及天保城。旋為富貴山炮台所知；當即發炮轟擊。
8師亦發起反攻，至中午奪回天保城，隨即在天保城架炮轟擊紫金山。張、徐兩軍不支，棄山逃走。徐軍被擊斃團、營、連長各1名，排長以下55人，旅長方更生重傷；張軍被擊斃營管帶1名，傷管帶2名，兵士死亡人數不少，叛降的張宗昌所派潛入下關的兩營步兵，也為守軍發現，殲滅大半，殘部退入南京東北的幕府山。
馮國璋下令各軍晚間渡江，向神策門、太平門、鍾阜門一帶進攻，未獲成功，僅占領老虎山。張勳再度攻奪夫保城、紫金山。在這緊要關頭，徐濤、李可鈞和衛戌團團長吳浩，聯絡南京地方維持會，勾結北軍，圖謀取消獨立，獻城叛變，何海鳴派韓恢、錢通前往，向徐濤、吳浩做工作。徐不服，其意欲叛；吳勸之氣稍平，然終必迫何海鳴等退出南京，念在同誌，向商會籌措萬元為贐。吳浩要何等於當日下午2時出城，否則，以炮隊來攻。
何海鳴被迫躲入金陵醫院，借宿一宵，8師29團、1師3團等部士兵得知消息後，十分憤怒，當夜圍攻8師師部，鎮壓了徐濤和李可鈞，但攻擊衛戌團失利，吳浩仍出布告，取消獨立。1、8師官兵又聯合擊潰衛戌團，吳浩逃跑。
何海鳴出示宣布，舉定張堯卿為臨時都督，何海鳴兼8師師長，韓恢為1師師長。但張堯卿在軍中並無基礎。海鳴為一文人，不懂軍事。就連韓恢也說，何海鳴為總司令，不過兒戲而已。何海鳴是位革命精神很強的人。這次獨立，凡不肖軍官一律剪除盡淨，無稍絆礙。從都督以至排長，皆係堅決果敢之士，萬眾一心。
保衛南京，主要依靠在天保城一線的1師29團，在雨花台一線的1師3團為主的下級軍官和士兵群眾，士兵們凡一臨敵，無須號令，即奮身前往。在陣前亦無須指揮，即向前攻擊。張勳再次發起猛烈攻擊，經4個小時的轍烈戰鬥，重占天保城，並先後3次向太平門、洪武門一線發動進攻。
北軍數千名猛撲該門，城上大隊守軍駕麥肯沁炮2尊，靜以待敵，北軍竟難進逼。是役炮聲極為激烈，魄間北軍複進撲該門，仍未得手。北軍屢圖衝入堯化門，惟均未得利。
8師29、32團及炸彈隊向天保城發起皮攻。戰鬥異常劇烈。民軍在槍林彈雨中毫不退卻，奮力前撲，戰績甚微。但是，至第2天下午，終因寡不敵眾，複為張勳所占。這時，安徽討袁軍總司令柏文蔚從蕪湖率衛隊1營及憲兵共約1000多人來南京支援，給血戰中的南京軍民很大鼓舞。柏文蔚被推為江蘇都督兼8師師長，領導南京的討袁戰鬥。
在柏文蔚的指揮下，討袁軍再次向天保城發起反攻，但未能攻下。
張勳軍與討袁軍在南京城外激烈爭奪，馮國璋在隔岸觀火。張勳在天保城站穩後，馮國璋才命令他的部隊分別向神策門、太平門發起攻擊。但他又下令說：“本軍首次攻擊，早遲必定成功．無須太著急。”他的本意是讓張勳為他火中取栗。
袁世凱擔心南京久攻不下，他處再起，電令海軍總長劉冠雄：“會合海陸各軍迅速蕩平，切勿延緩，致牽大局。陸軍大隊尚未渡江，望速設法護渡。”
北軍第7師由上海開抵鎮江登陸，海軍兵艦4艘，水雷艇2艘由鎮江駛抵南京下遊龍山附近，準備水陸四麵圍攻南京。
在兵臨城下之時，張堯卿和柏文蔚、柏文蔚和何海鳴之間卻出現不和。張堯卿原讚同讓都督與柏文蔚以維持危局，但柏就都督職，而張又異常不悅；柏文蔚見伺海鳴不得人望，內部矛盾甚多，強敵壓境，前途無望，欲帶8師出走，何和8師官兵堅決反對，柏的衛隊多數也不願隨行。柏文蔚僅帶少數人從水西門出走。
柏文蔚原打算返蕪湖後入徽州，經赴江西，同李烈鈞聯合。但所帶衛隊途中遇馮國璋軍一擊，逃散無餘。結果僅剩下柏文蔚和親信祁耿寰，化裝逃往上海，轉赴日本亡命。
何海鳴又兼任江蘇都督、8師師長等職，全權指揮。
劉冠雄命令海軍海琛、應瑞、楚有3艦暗渡上遊，直抵大勝關。不僅截斷了南京與蕪湖的聯係，而且利用艦隊炮火助陸軍攻城，掩護北洋軍從上遊渡江。
8月26日，馮軍全力攻城。張勳馬隊1營突入朝陽門，張宗昌部攻入神策門。張勳狂喜，電京告捷。但他的馬隊入城後，即遭到討袁軍預掘深溝的攔阻。向後撤退時，卻被守軍全部殲滅。張宗昌部也遭到守軍城牆兩側火力的射擊，被迫退出城外。失敗後，馮國璋嚴飭南岸各營隊，並約會海軍，聯合張軍，協同作戰，再也不敢輕率冒進了。
8師29團100餘人，出敵不意，衝出儀風門，攻占寶塔橋，一直衝到幕府山下江岸處，距北軍第3師司令部僅四五百米。敵人拚死抵抗，傷亡40餘名，司令部被迫後撤。但次日，北軍完成了對南京城的包圍。張勳、徐寶珍部攻朝陽門，北軍第3師攻神策門、第5師攻太平門、第7師和第4師一部攻雨花台，第4師另一部扼守通向蕪湖及秣陵關的要道。海軍上遊艦隊不時攻清泉山、儀鳳門暨城內西南部，下遊艦隊日夕攻獅子山東西岸暨城東北部，南京的形勢頓時險惡起來。
何海鳴和韓恢在隻有虛名的新編第三軍司令部召開軍事會議，時任1師師長的王憲章、5師（新編）師長錢通積極主張以攻為守。何海鳴主持決定：於8月31日晚分4路進攻。即1師出雨花台，攻紫金山；新編5師出朝陽門，俟1師與敵接仗時，出而合攻；8師出太平門，突出天保城；新編6師出儀風門，攻擊幕府山。是時1師遲遲沒有行動，5師至朝陽門，敵人炮火猛烈，不能出城。而8師亦因之不能直攻天保城。
原定4路進攻計劃完全9月1日早晨，北軍對南京城發起總攻擊。討袁軍各師由於昨日晚的反攻計劃未能實現，不僅打亂了守城的部署，而且天亮後紛紛轉回休息，削弱了守城的兵力，在敵人總攻麵前，處於十分不利的地位。
張勳部利用地道將朝陽門城垣轟崩兩丈有餘，蜂擁而入。太平門被北軍用猛烈炮火擊穿，北軍衝入城內，分別占領了富貴山和駱駝山；徐寶珍部也由通濟門擁入；神策門也被北軍攻破。
何海鳴、韓恢、錢通、王憲章、參謀長廖培坤、護衛團1營營長張露、副官石俊卿、都督府辦公廳廳長夏裕藩等率部在鍾樓、內橋、鴿子橋、花牌樓等處與敵軍進行激烈的巷戰，但終因敵我力量懸殊，一部由清涼山撤出城外，一部退守雨花台。次日上午，何海鳴、韓恢等率衛隊及1師3團、8師29團殘部在雨花台同北軍進行了最後的一戰，傷亡殆盡，隊伍潰散。何海鳴同少數親隨潛行至武定橋下，乘小船逃走。