下午7時，車抵南京下關車站，中共代表王炳南、民盟代表葉篤義和先期到達南京的請願團秘書羅叔章等到車站迎接。請願團代表下車後剛踏上月台，即被預伏在站內的大批特務、暴徒團團包圍住。自稱“蘇北難民代表”的人，以挑釁口氣責問請願團：“你們來的動機是什麼？”“你們知不知道蘇北的情形？”“內戰的責任歸誰？”據國民黨《中央日報》1946年6月24日報道，這些“難民”向請願團提出十點所謂“要求”：1.要求共產黨軍撤退蘇北；2.要求共軍不要強迫婦女肉體慰勞；3.停止鬥爭；4.恢複交通；5.要求共黨不要強拉壯丁；6.送難民回鄉，並予以保障；7.請以第三者立場，請共軍停止攻擊；8.應為老百姓說話；9.要停止內亂；10.停止血的鬥爭。正當代表們回答、解釋時，一個身著黑衣的彪形大漢一聲喊“打”，暴徒們蜂擁而上，拳足交加，將馬敘倫等代表毆打一頓。候車室外的暴徒高叫“打倒馬敘倫”“打倒周恩來”“打倒共產黨”等口號。此時，在場國民黨憲警不僅不驅散暴徒以維持秩序；相反，卻要請願團代表乘夜車返滬，遭到拒絕。後來請願團成員閻寶航由候車室出來講話時，暴徒高叫：“跪下來！”“共產黨跪下來！”閻怒斥：“我和日本人打過幾年仗，在日本人刀槍下我也沒有下過跪。要跪，辦不到，要槍斃，槍斃好了。”這時，車站外廣場上，暴徒正毆打前來采訪的新聞記者高集、浦熙修、徐斌、徐士年4人。高被十餘特務毆打四五十分鍾，頭部受傷、臉打腫。浦先後4次被歐，頭、臀、腿受傷，頭發淩亂，衣服多處被撕破。折騰幾小時後，一輛滿載憲警的卡車開來，將現場包圍，並不“彈壓”，隻遠遠袖手旁觀。深夜11時，特務們在一片叫喊聲中，打破玻璃窗，衝進候車室，用桌椅凳、木棍、玻璃瓶等，對請願團毆打10分鍾。馬敘倫頭、胸、腰部均打傷。閻寶航多處受傷，口吐鮮血。陳震中頭、胸部被毆傷。馬敘倫隨身所帶鋼筆、手表、鈔票等，雷潔瓊的手提包、手表、眼鏡等均被搶走。直到深夜12點多，經中共、民盟代表輾轉交涉，以及馮玉祥、李濟深等人的努力，請願團被打傷人員始被用卡車送往太平路中央醫院分院，其餘代表由羅隆基陪同下榻鼓樓興華旅館。此次暴行中，請願團代表和采訪記者、歡迎群眾共受傷達12人。
24日淩晨，中共代表周恩來、董必武即往醫院慰問傷員。周恩來拉著受傷者的手說：血不會白流的。被打傷的請願團代表對周恩來說：我過去總是勸你們少要一些兵，少要一些槍，現在我認識到你們的戰士不能少一個，槍不能少一支，子彈不能少一點。身負重傷的馬敘倫教授握著周恩來的手說：“中國的希望隻能寄托在你們身上了。”
下關血案引起了社會各界的憤怒和聲援。中共代表周恩來於24日三人會議前，首先就下關事件作了鄭重報告，並就此於當日午後送交馬歇爾和南京當局代表俞大維轉陳誠一個備忘錄，對國民黨當局縱暴行凶嚴重抗議並提出六條要求：1.懲辦凶毆上海和平請願代表的禍首；2.追究地方警憲之責任，並予懲處；3.取消軍統、中統等特務機構；4.保護人民向政府請願及申訴的權利；5.負擔受傷者醫藥費及賠償損失；6.保護各代表居住行動的安全。毛澤東、朱德等中共領導人向請願代表團發來了慰問電，表明“中共一貫堅持和平民主方針，誓與全國人民一致為阻止內戰，爭取和平奮鬥”。民盟在南京的政協代表梁漱溟、黃炎培、章伯鈞、羅隆基、張申府等，於6月25日聯合致函國民黨代表孫科、王世傑、陳立夫、邵力子、吳鐵城、張厲生，揭露“暴徒之指揮者實自上海跟蹤而來，中間又加入鎮江所謂難民者多人”，“實出於一種特務活動”，並指出：“以首都重地，軍警如林，而不能維持秩序，保障人民生命身體之自由，竊不能不懷疑吾人為有政府抑為無政府，此斷非可以防範疏忽等論調推卸責任者。”國民黨當局迫於全國人民的壓力，裝模作樣抓了8名下關事件的“嫌疑犯”，並將該管轄區警察所所長餘湛撤職，下關警察局局長餘翼群記大過一次，首都警察廳廳長韓高煥予以申戒。那些“嫌疑犯”經拖延2個月，由南京地方法院從輕發落，判處1名有期徒刑6個月、緩刑2年，3名有期徒刑3個月、緩刑2年。
請願團在南京期間，在梅園新村受到周恩來的親切接見。同時，會見了馬歇爾，還出席了國民參政會。蔣介石和宋美齡也分別接見了蕢延芳和雷潔瓊。請願團在各種場合陳述了上海人民反對內戰、要求和平的強烈願望。蔣介石對他們虛許諾言：“就是這次談判不成，我也不打。”