因为方山实在是不大，在对那些国防工事加固的同时，一五九师的师长谭邃还在山腰修建了一道工事，派了四七五旅的九四九团在这驻防，目的是护卫山顶的永固炮台工事。在山顶除了炮台工事外，其余的堡垒、战壕中有九五零团在驻防。
师部和四七六旅放在了江宁县城里，以城墙为依托，建起了防御工事，师里的迫击炮全部在城墙上的掩体工事里安放，用以打击日军进攻的步兵。一五师将要面对的是日军第三师团和第二十二师团，这二个师团虽然没有重炮相助，可二个师团的炮兵联队也是不容小视。
在大胜关与日军交火后，牛首山阵地也受到了日军的攻击。牛首山阵地上自邱维达的一七二旅撤回来后，兵力己达到了三个旅。顶在最前面的是一七四旅，旅长吴继光把三四三团和三四四团以营为单位分别守卫在山脚上的第一道环型工事里。
攻击牛首山的是日军一零一师团，师团长伊东政喜中将把一零一步兵旅团派作了主攻部队，一零一步兵旅团的旅团长佐藤正三郎少将，在面对山脚下的环型防御阵地时，采用了重点突破，左、右牵制的方法。他以一个联队对正面一段一百米宽的阵地进行重点进攻，以另一个联队对这段重点进攻的阵地两边做牵制性攻击，让这段阵地的两边无法支援这段被重点攻击的阵地。
牛首山的主阵地上有一五九师的一个山炮营，八门仿制德式七十五毫米口径山炮，有效射程是四千三百米，足以打到山脚下进攻的日军步兵。而日军的野炮要想攻击到山顶主阵地的山炮营却不太容易，一足山高林密，很难测准炮兵阵地的位置，二是仰射时受各方面因素影响较大，难以准确命中。
在这样的情况下，牛首山山脚阵地凭着防御工事和加强了的火力，再加上山顶山炮营的支持，一时与日军的第一零一师团疆持在了这里。日军一零一师团的师团长伊东政喜中将见几天的连续攻击都无法攻破守军的防御阵地，便开始发电请求飞机的支援。
王海涛坐镇在南京市内，现在市内有撤下来的八十三军一五四、一五六二个师加上一零三师余部在中山门内的兵营里休整。三个师中以驻守镇江后撤下来的一零三师损失最大，全师官兵已不足二千人，还包括了轻伤员。
王海涛对这撤回来的三个师以及在下关的一一二师都是加以优待的，不仅供给各种军需物资，还给每个师都发了二万法币的慰问金，虽然这些慰问金分到每个士兵手中就没有多少了，但是仍然提升了这些官兵的士气。
在王海涛密切关注着南京城外的第二道阵地时，一件让王海涛压根没想到的事发生了，这就是汤山失守了。据王海涛所知，日军的第十六师团仅到达汤山阵地前二天，双方也就在昨天才正式交火，为何有一六零师一个师驻守的汤山阵地竟然在一天的时间内就失守了？
愤怒加上不解让王海涛亲自来到了中山门外，去见见这位叶肇师长看他怎么说。跟随王海涛前来的不仅有一个营的警卫团官兵，还有萧山令派出的一个营的宪兵。在一六零师临时的驻地，叶肇师长以及二个旅长邓志才和刘树宗二人正在等着王海涛的到来。
王海涛带着警卫进来后，就死死的盯着叶肇。叶肇面对王海涛愤怒的眼神有些不知所措，好一会后才对王海涛说道：“王司令长官，有二股日军突然袭击了我在麒麟镇的师指挥部，卑职以为日军己突破了我师在汤山的防线，为了能保存实力再与日军交战，所以才下令撤退的。”
王海涛问道：“叶军长，你说有二股日军突袭了你的指挥部，日军有多少人？你有没有接到前线日军己突破阵地的报告？”叶肇听了后愣愣的说不出话来。过了一会王海涛说道：“怎么答不出来了，日军分明是以小股部队在做渗透，你只要守住防线，再派部队搜索这些小股日军，那就不会有什么事。而你分明是畏敌如虎，日军二股小部队就吓破了你的胆。现在日军轻易的突破了我汤山防线，造成我南京城防全面被动，你说我是不是该办你个临阵脱逃的罪呢？”
叶肇被王海涛的话吓住了，脸色发白的说道：“王司令长官，我知错了，您就放我一马吧，我叶肇必有厚报。”王海涛看了他一眼说道：“你这位六十六军的军长，我原是管不到你头上的，可是蒋委员长把南京城防的重任交给了我，而你不战而退，擅自撤离阵地，我若是不过问，如何向坚守阵地的十几万**将士交待？不过我也不会这样枪毙了你，就先委曲你一下吧。”