11月24日（農曆十月四日），也就是張勳榮任江蘇巡撫之後的第四天，江浙聯軍黎天才部率先進攻烏龍山。江防軍駐守此處的一營人馬抵擋不住，當即潰敗。張勳急派周幹臣率三營兵力往援，但剛出城，就碰上從烏龍山回竄的敗兵。周幹臣知道奪回烏龍山陣地無望，隻好率隊扼守幕府山，堵截黎天才來路。黎天才乘勝猛攻幕府山。周幹臣堅守半夜，三營人馬死傷大半，不得不棄陣回竄。此時，張勳部下的參將張玉山又率領二營水師起義歸附了黎天才。黎天才部兵威更加大振。幕府山為南京屏蔽，失之，則南京大危。張勳聞幕府山失守大怒，急令趙會鵬、李輔庭率隊反攻，誓死奪回該陣地。趙、李與黎天才部在寶塔橋地方遭遇，大戰一晝夜，彼此勢均力敵，各無進展。
就在幕府山大戰的同時，徐紹禎率聯軍主力部隊攻襲孝陵衛。孝陵衛守將王有宏率部與之激戰兩晝夜，聯軍漸形不利，前鋒稍卻。王有宏大喜，一馬當先，率隊追擊。王有宏是獲得過賞穿黃馬褂的崇高榮譽的記名提督，他的思想境界恰和張勳一模一樣，而且還有一點連張勳都比不上的是，為了表示他對君恩的感銘不忘，他竟然一年四季紅頂花翎黃馬褂永不離身。連打仗的時候，他也是這番打扮。可是，沒想到這一回，他那副提督行頭恰恰向對方提示了射擊的目標。於是，聯軍陣前官兵一齊把槍口對著他猛烈射擊，當即把他連人帶馬擊斃在陣前。衛兵冒死將其屍體搶回，發現他身上足足中了一百幾十發槍彈，已被活活打成了一攤肉漿。聯軍見江防軍大將斃命，士氣頓時大振，迅即挽回了頹勢，攻下了孝陵衛。王有宏殘部退入城內。張勳目睹王有宏殘軀捶胸大哭，如失骨肉，痛惜不已。
徐紹禎攻下孝陵衛後，接著轉攻紫金山天保城。張勳命趙會鵬、李輔庭、周幹臣三名管帶各率江防軍一營，另派鐵良的旗兵一營，攜大炮20門，機槍60挺扼守。聯軍組織敢死隊輪番衝擊，死盡一隊又編一隊。連續突擊兩夜，江防軍槍炮彈絕，無法再守，隻得棄陣逃進南京城。這時，除了張文生鎮守的雨花台陣地之外，南京城外其餘所有屏蔽全被聯軍掃除，南京城已赤裸裸地暴露在聯軍的槍炮口下。人人皆知大勢已去，事不可為，軍心已經動搖。然而，張勳仍不肯罷休，竟冒著炮火親臨各主要陣地督戰，以激勵士氣。
在張勳的忠勇頑強的精神影響下，被聯軍的攻勢嚇得膽戰心驚的張人駿和鐵良，也不得不裝出一副勇敢堅定的樣子，帶著衛隊登上北極閣，用望遠鏡？望四周陣勢。但望遠鏡還剛剛舉起，一發炮彈就在北極閣旁爆炸，當場炸死隨從侍衛數人，血肉橫飛濺滿了張、鐵二人的袍服，北極閣也被震塌了一角。張、鐵二人幸未受傷，但已嚇得呆若木雞，心裏想命令衛兵掩護趕快撤離，口裏卻說不出話來，腳下也挪不動步子。幾名幸存的親兵隻好不管三七二十一，一擁而上，把兩名大老爺像抬死豬般迅即抬到了事先已聯係好的日本駐寧領事館。次日，即由日本人保護上船，逃往上海去迄。走時，連招呼都未跟張勳打一個。
張勳聞知二位大爺臨陣脫逃，不禁大怒，立即專電劾奏，並跳腳大罵道：“媽那個巴子，平日裏一個個全都自吹是大清忠臣，什麼雞巴忠臣？全是他媽的怕死鬼！”不日，又有朝旨電達，宣布革去張人駿兩江總督之職。補授張勳為署理兩江總督，並授南洋大臣，世襲二等輕車都尉。張勳旬月之內，接連升任巡撫、代理總督兼南洋大臣，並得子孫世襲之職，雖然都已有名無實，但張勳仍然感到，這回總算遂了自己的終生之願。
這時候，迫於形勢的壓力，誌大才疏、懦弱無能的監國攝政王載灃已經重新起用當年被他驅逐出朝廷的袁世凱任內閣總理大臣，自己則回家抱孩子去了。現在，袁世凱已成了事實上的新任大清帝國攝政王。袁世凱對於張勳，曆來是又用又忌。此時，他的這一基本態度並沒有什麼改變。他在11月16日剛剛組成責任內閣，就收到張勳的告急求援電。他當時還希望張勳能夠守住南京，因此，一麵任命他為江蘇巡撫，以鼓其幹勁，一麵命令其堅守待援。他也確實準備調當時駐在山東的北洋軍第五鎮南下赴援。但因當時山東形勢也危機四伏，第五鎮無法抽身，直到張勳奏報總督張人駿、將軍鐵良棄職出逃，他還沒有想出一個解決南京危急的辦法。眼看孤城失陷已成定局，張勳若再死守，必致全軍覆沒，他才一麵任命張勳代理兩江總督，南洋大臣，以慰其心，一麵如實說明江北已無援軍可調，並委婉地建議張勳相機放棄南京，保存實力，北撤至徐淮一帶，向山東境內的北洋第五鎮靠攏，以共同阻止革命軍北上，作為北方屏蔽。
張勳本已下定決心誓與南京共存亡。接到袁世凱的撤軍令後，他才改變了主意。他請美國某傳教士出麵與革命軍調停，表示願意和平讓城，請革命軍停止進攻。江浙聯軍向他提出兩個條件：
一、江防軍必須全部繳械；
二、江防軍必須向聯軍交出所劫去的藩庫存銀80萬兩。張勳表示，這兩個條件都可以考慮，但必須容他有個內部措商的餘地。聯軍信以為真，果然放鬆了攻城，單等張勳最後回話。誰知就在這天夜裏，他老先生卻率領全城守軍攜帶全部裝備和所劫財物，偷出漢西門，急急渡江遁去，一點什麼禮物也沒給聯軍留下。等12月2日早晨，聯軍發現城內已成一個軍事空洞時，才知臨到勝券在握，還中了張勳一個小小的緩兵之計，讓一隻煮熟了的鴨子都給飛跑了。
從11月上旬撲滅第九鎮新軍起義到12月初敗退，張勳督率所部總共不過5000人（其餘駐安徽和蘇州等處原歸他指揮的部隊已全部投降革命軍，與他脫離了關係），與革命軍數萬之眾硬是抗衡了近1月之久。江防軍的作戰能力和張勳的膽魄即此可見。
敗退兗州重振威，誓不剪辮謀討袁