1937年12月10日，日军向南京城发起总攻击，第十六师团的主攻方向为中山门。师团长中岛今朝吾以第33联队主攻紫金山，第38联队为右翼由玄武湖北侧及紫金山北侧地区向南京北区进攻；第9联队为左翼，进攻紫金山南侧地区；第20联队为右翼，沿东部主干道向中山门进攻。同时，位于第16师团最左翼第9师团第35联队，也派一个大队参战。
12月10日早上7点，日军第33联队以第3大队为前锋，从上麒麟门出发，经狮子坝前进至青塘东北侧地区，准备一举夺取老虎洞。在步兵发起进攻前，日军首先用联队炮和速射炮对中国守军阵地进行长时间的炮轰。炮轰停止后，第3大队第11中队从老虎洞阵地正面发起进攻。第9中队从右翼进行包抄。
日军兵力虽多，武器精良，但当时教导总队在紫金山阵地修建了数量繁多的铁丝网，木栅，散兵坑和碉堡，罗雨丰营利用构筑好的阵地，以密集的火力向敌猛烈射击。居高临下，目标明显，日军第3大队仰攻非常吃力，伤亡惨重。
由于进攻受阻，日军投掷并发射了许多炸弹、烧夷弹、烟幕弹，一时紫金山东麓烟火冲天。日军再次发起冲锋，罗雨丰营坚持抵抗，同时又得到左翼第6团的侧击支援，日军这次进攻仍然没有得逞。当时日军的师团直属炮兵尚未到达，没能直接支援战斗。为此，中岛纯雄指挥速射炮中队将两门大炮分解搬运，瞄准中方碉堡的射击孔实施射击，破坏碉堡。教导总队缺乏反制手段，日军屡屡得手。中方火力被压制后，日军利用有利的风向，又发射更多的炮弹和燃烧 弹，再次猛攻，步兵前锋攻占山麓和山腰的阵地，逐步登上山顶。10点30分，敌我双方陷入残酷的肉搏战。第3营营长罗雨丰牺牲，官兵牺牲大半。由于增援不易，教导总队决定放弃老虎洞阵地，退守紫金山第二峰阵地。
10日午后，日军第16师团全部展开，向紫金山主阵地发起全线总攻。教导总队官兵进行英勇顽强的抗击，担任正面进攻第二峰日军第33联队一直受到382.5高地国 军阻击。于是日军派第6中队发起夜袭，遭到教导总队一部反击，伤亡较大，但还是占领了阵地一角。
12月11日、12日两天，在紫金山第二峰与西山阵地，中央教导总队官兵与日军日夜激战；日军为尽快攻取紫金山，派出大量部队增援，并且配备了火力强大的加农炮直射国 军阵地。加农炮是古代西方国家的一种身管长与口径之比较大的火炮，经过数百年时间的发展改进，成为一种适用于低射界射击的火炮。主要用于射击垂直目标、装甲目标和远距离目标。配用杀伤弹、爆破弹和杀伤爆破弹，有的还可配用穿甲弹、混凝土破坏弹等不同作用的火炮。
尽管日军把强大部队配置在紫金山阵地，并且配备了最先进的武器装备，做好了一举攻下紫金山国 军阵地的准备，但是国 军教导总队也做好了死守国土至最后一人的准备。
日军攻占了老虎洞阵地后，按照预定方案经东马腰向西扩大战果。此时第2大队已经由紫金山东北的悬崖攀上山脊，日军便以第2大队为第一线，第3大队为第二线的顺序，继续向第二峰进攻。
第二峰就是△382.5高地，位于老虎洞与第一峰之间山脊上，是第一峰东部的屏障，欧阳俊的第2营负责防守此阵地。这段山脊如马背一样较为平坦，易攻难守。在第二峰东侧有一个小高地，被称为△336高地。双方经过激烈交战，直到下午4点，日军第2大队才夺取了△336高地。
经过10日一天的攻击，日军第2大队已经攻入第二峰的山脊，但是直到晚上，日军第2大队一直受到第二峰中国守军的抵抗，进展不利。为了迅速夺取紫金山主峰，野田谦吾连夜下达了“第128号”、第129号”两道命令，命第2大队继续全力进攻△382.5高地。
第2大队大队长三浦俊雄考虑到狭小的地形，认为以少数兵力进行夜袭可能容易得手，于是命令辻四五郎的第6中队对中国 军队进行夜袭。但是这次夜袭也没有成功。中国 军队防备日军搞夜袭，早已做好了准备。当日军夜袭队出现在阵地前沿，国 军第5团官兵一阵手榴弹摔过去，炸死了不少日军。日军左后方也受到两百多名中国守军的反击，日军遭受了较大伤亡，进攻一时受挫。
面对这种情况，野田谦吾只好命令速射炮中队前来支援。速射炮是一种新型火炮，主要特点是重量轻，机动性高，口径较小，射程较远，射速高。其发射的炮弹主是榴霰 弹，这种炮弹是当时各国现代炮兵普遍使用的重要武器。速射炮比它的前一代野炮要轻70公斤，这使得在同样的六匹挽马编制下，速射炮的机动性明显提升，而速射炮的口径虽然比较小(平均75毫米，相对于前一代野炮的87毫米)，但是在射程上却远远超过前代野炮的4,000米，达到5,000——8,000米，前一代野炮的平均射速为2发/分，但是速射炮却可以达到7发/分的射速。
速射炮发射的主要弹种是榴霰 弹，榴霰 弹在十九世纪初期就已经被发明出来，但是直到十九世纪末才真正成为一种可靠的武器。榴霰 弹外部是一层薄薄的金属壳，里面装满重量8——10克的金属弹丸与一根引信，在理想状态下榴霰 弹会在敌军步兵前方上空数米处引爆，像一把超大型霰 弹枪把金属弹丸洒在敌人身上。榴霰 弹使用的引信是一根简单的燃烧式定时引信，炮手可以依据测具的结果剪裁适当长度的引信来控制榴霰 弹爆炸的时间。
国 军第2大队的官兵们在凌晨3点就接近了日军阵地，随着一声命令，官兵们就猛冲了过去，这时候日军用机关枪猛烈射击，同时把手榴弹摔过来，国 军官兵不怕死，日军也不怕死，双方都是不怕死的英雄，人们常常说，同是英雄谁怕谁，狭路相逢勇者胜，但是现在双方都是勇者，那就只好看双方单兵格斗的能力了。不过在现代战争中武器装备的优劣起了很大的作用。从单兵格斗的能力来说，国 军官兵都是非常优秀的军人，日军绝对没有优势，但是日军在武器装备方面就占有绝对优势，所以国 军不免要吃大亏。混战中，国 军官兵接连中弹，日军也死了不少，真是惨烈至极！
川濑准尉指挥速射炮中队第2分队于早上7点10分进入阵地。日军第33联队速射炮中队的《战斗详报》有记载：“昨天被摧毁的机枪掩体半夜里又有敌兵进入，向第2大队的正面猛烈射击。于是立即炮击，将其完全摧毁。然而，在此后检查该机枪掩体时发现十五六名敌兵的尸体居然互相重叠在一起，可见他们是何等顽强，前仆后继地死守该机枪掩体。”
与此同时，日军第9师团第35联队也在这一天派出预备队菅原梅吉少佐第3大队900人前往紫金山增援，参加了第二峰的战斗。日军虽然增加了援军，但是仍然没有取得进展，战斗中，第35联队大队长菅原梅吉被击穿头部身亡，第9中队长野田耕夫大尉被击中腹部身亡。由于中国守军不断反击，双方在最后时刻还进行了白刃格斗，可见战事之惨烈。
激烈的战斗一直进行到12日下午5点半，日军仍然不能攻下紫金山第二峰国 军阵地，于是决定用火攻。紫金山东麓一带树林茂密，野田谦吾读过中国的兵法，知道中国古代曾经有过许多用火攻取胜的战例，其中在中国古代军事史上最早的记载是春秋时期的田单火牛阵。说的是燕军围困即墨，久攻不下，田单挑选了一千多头牛，把它们打扮起来。牛身上披着一块被子，上面画着大红大绿、希奇古怪的花样。牛角上捆着两把尖刀，尾巴上系着一捆浸透了油的苇束。
一天深夜，田单下令凿开十几处城墙，把牛队赶到城外，在牛尾巴上点上了火。牛尾巴一烧着，一千多头牛被烧得受不了，朝着燕军兵营方向猛冲过去。齐军的五千名“敢死队”拿着大刀长矛，紧跟着牛队冲杀上去。城里，无数的老百姓都一起来到城头，拿着铜壶、铜盆，狠命地敲打起来。一时间，一阵震天动地的呐喊声夹杂着鼓声、铜器声，惊醒了燕国人的睡梦。大伙儿睡眼蒙胧，只见火光炫耀，成百上千脑袋上长着刀的怪兽，已经冲过来了。许多士兵吓得腿都软了，哪儿还想抵抗呢？别说那一千多头牛角上捆的刀扎死了多少人，那五千名敢死队砍死了多少人，就是燕国 军队自己乱窜狂奔，被踩死的也不计其数。燕将坐着战车，想杀出一条活路，哪儿冲得出去？结果被齐兵围住杀死。齐军乘胜反攻，一举收复了被燕国和秦、赵、韩、魏四国占领的七十多座城。
野田谦吾还知道中国三国时期军事家诸葛亮最善于用火攻，“火烧新野”，“火烧上方谷”，“火烧赤壁”，“火烧葫芦谷”，把火攻艺术发挥到极致。野田谦吾从这些故事得到启发，现在看到紫金山上树林茂密杂草丛生，正是用火攻的天然良机，为了助燃，野田谦吾命令航空兵载着汽油，飞临紫金山上空把汽油泼洒，然后发射燃烧 弹，顷刻之间，紫金山上变成一片火海！
大火熄灭之后，日军第35联队第3大队攻占了紫金山第二峰。
