蔣介石的固守決策
南京保衛戰曾被認為是一場“明知其不可為而為之”的戰役。蔣介石決定固守南京，除了考慮到南京的特殊地位（若不戰而退，有失體麵，固守南京則表明政府抗戰之決心和意誌），更多的還是出於外交戰略的考慮。因為自淞滬會戰後，國民政府始終沒有放棄尋求國際幹預中日衝突的努力。雖然從軍事角度來看，南京已無堅守之可能，而蔣介石出於外交層麵的考慮，又希望能夠在南京堅守一段時間。
作出固守南京決策之時，布魯塞爾會議尚在進行中，蔣介石希望能夠利用《九國公約》來製裁日本，但最終九國公約會議未取得積極成果。到了1937年12月5日，蔣介石對“蘇俄出兵已絕望”，而“德國調停似亦無望”，國際形勢漸陷於不利狀態。可是，蔣介石在同日致第五戰區司令長官李宗仁及閻錫山的電報中卻聲稱：“南京決守城抗戰，圖挽戰局。一月以後，國際形勢必大變，中國當可轉危為安。”這表明他還未放棄對國際幹預的期望。
但是，蔣介石這種為了引起國際幹預而不顧軍事上困難的戰略決策，一旦國際幹預沒有如期而至，那麼南京保衛戰的軍事後果將是非常嚴重的。為達到速戰速決的戰略目的，殲滅戰遂成為日軍迂回包圍南京的主要作戰目標之一。12月7日，日本華中方麵軍通告了《攻占南京要領》。
唐生智的失敗撤退
1937年11月中旬召開的關於南京戰守的決策會議上，國民政府軍事委員會內部出現分歧。一種意見主張隻是在南京進行象征性的抵抗以後即主動撤退。另一種意見主張在首都南京至少在一定時期進行絕對固守的作戰，這是蔣介石的主張。然而， 這種意見在軍事委員會高層會議上未能獲得廣泛支持。在11月18日的軍事委員會高層會議上，蔣介石決定在南京進行短期固守作戰。蔣介石提出由誰來負責固守南京的問題後，一時無人應答。最後，唐生智表示願意擔負這一職責。蔣介石順水推舟地接受了唐生智的請求，決定由唐生智出任南京保衛戰的最高指揮官。
蔣介石在11月24日正式發布唐生智為南京衛戍司令長官，唐生智也開始著手組織該司令部。從11月25日組建南京衛戍部隊算起，隻經過了18天時間，南京即告失陷。
為避免南京守軍被敵圍殲，蔣介石於12月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唐生智。顧祝同要求唐生智當晚渡江北上，令守軍相機突圍。唐生智考慮到由於自己曾力主固守，若突然先行撤走，怕其後責任難負，因而他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，令其可相機撤退。唐生智於當夜在衛戍司令部開會研究後，決定於12日撤退。
12月12日中午前後，日軍已攻破中華門，防守此處的第88師被迫撤走，南京失陷已成定局。當時，大批逃難居民與潰退的散兵擁擠在街道上，城中秩序開始陷於混亂。南京守軍已開始呈動搖態勢。唐生智等決定改在當夜撤退。12月12日17時，衛戍司令部召集南京守軍中師以上將領開會，布置撤退行動。由於時間緊迫、渡江交通工具有限，原定突圍計劃是36師、憲兵部隊及直屬諸隊依次渡江，其餘各部應設法從正麵突圍。但在書麵命令下發後，唐生智又下達了口頭指示，規定第87師、第88師、第74軍及教導總隊“如不能全部突圍，有輪渡時可過江，向滁州集結”。這就大大降低了命令的嚴肅性，也為不執行命令製造了借口，以致計劃中規定的由正麵突圍的部隊，除第66軍及第83軍之大部按命令實施突圍外，其餘各軍、師均未按命令執行。
由於唐生智對於戰局判斷失誤，城破前一天才開始下令撤退（而此時最佳撤退時機已過，各部隊聯絡不暢，秩序混亂，指揮係統已經瓦解），從而造成了大批中國軍隊未能成功撤退而滯留南京，最後大部分被日軍屠殺的嚴重後果。
慘絕的南京大屠殺
南京保衛戰與南京大屠殺在時間上前後承接，南京保衛戰的失敗造成南京陷落，隨後發生了慘絕人寰的南京大屠殺。國民政府對南京市民疏散不力，留下嚴重的平民安全隱患，對於南京的防守部署不力，造成軍事撤退混亂，大批中國軍人滯留城內。這些因素擴大了南京大屠殺中遇難者的規模。