蒋介石反对与日本议和，但不反对国际调停。早在日军金山卫登陆之际，德国大使陶德曼即受日方委托，向蒋转达日方媾和条件，"防共协定为主"，蒋介石"严词拒绝之"。④24日，蒋介石曾经寄以希望的《九国公约》会议闭会，没有取得任何积极性成果。12月2日，蒋介石为行"缓兵计"，再次会见陶德曼，表示愿以日方所提条件为谈判基础，但要求先停战后谈判。6日，蒋介石得悉句容危急，决定离开南京，他在日记"雪耻"条下写道："十年生聚，十年教训。三年组织，三年准备。"⑤7日，蒋介石飞离南京。日记云："人民受战祸之痛苦，使之流离失所，生死莫卜，而军队又不肯稍加体恤爱护，惨目伤心，无逾于此。"又写道："对倭政策，惟有抗战到底，此外并无其他办法。"①到庐山后，蒋介石即研究、制订全国总动员计划，准备在"全国被敌占领"的最坏情况下仍然坚持奋斗。②他勉励自己："宁为战败而亡，毋为降敌而存。"③
南京的防御工事分"外围阵地"与以城墙为主要依托的"复廓阵地"两种。12月5日，日军进攻"外围阵地"。8日，汤山失守，唐生智下令中国军队进入"复廓阵地"。9日，日军逼近南京城墙，两军在光华门、雨花台、紫金山、中山门等处激战，光华门几度被突破。松井石根限令唐生智在10日午前交出南京城，遭到唐的坚决拒绝。12月11日，松井石根下令总攻。
淞沪战后，中国军队消耗过大，蒋介石百方拼凑，守城兵力仅得12个师，约12万人，而且士气极端低落，其中新补士兵约3万人，未受训练，匆促上阵，官兵间尚不相识。这种情况，本已不能再用守卫战、阵地战一类的作战形式。蒋介石之所以坚守南京，一是如上述，南京轻易失守，攸关体面；二是对苏联出兵有所期待。
当时在国际列强中，苏联是唯一表示愿积极支持中国的国家。8月21日，中国与苏联签订久议未决的互不侵犯条约，苏方允诺中国可不以现款购买苏联军火。9月1日，蒋介石就在国防最高会议上预言，苏联终将加入对日战争。④28日，苏联驻华大使鲍格莫洛夫奉召返国，曾和中国外交部长王宠惠谈及苏联参战的必要条件。⑤10月22日，蒋致电时在莫斯科的中国军事代表团团长杨杰，询问如《九国公约》签字国会议失败，中国决心军事抵抗到底，苏俄是否有参战之决心与其日期。11月10日，伏罗希洛夫在宴别中国代表张冲时，要张归国转告：在中国抗战到达生死关头时，苏俄当出兵，决不坐视。30日，蒋介石致电伏罗希洛夫及斯大林表示感谢，电称："中国今为民族生存与国际义务已竭尽其最后、最大之力量矣，且已至不得已退守南京，惟待友邦苏俄实力之应援，甚望先生当机立断，仗义兴师。"①当时，蒋介石将苏联出兵看成挽救危局的唯一希望。12月5日，斯大林、伏罗希洛夫回电称，必须在《九国公约》签字国或其中大部分国家同意"共同应付日本侵略时"，苏联才可以出兵，同时还必须经过最高苏维埃会议批准，该会议将在一个半月或两个月后举行。②此电与杨杰、张冲的报告不同，蒋介石内心感到，苏俄"出兵已绝望"③，但他仍然再次致电斯大林，表示"尚望贵国苏维埃能予中国以实力援助"。④不仅如此，他还继续以之鼓舞身边的高级将领，声称"俟之两个月，必有变动"。⑤12月6日，蒋致电李宗仁、阎锡山称："南京决守城抗战，图挽战局。一月以后，国际形势必大变，中国必可转危为安。"⑥这里所说的"国际形势必大变"，仍指苏联出兵。12月11日，蒋已经指示唐生智等，"如情势不能久持时，可相机撤退，以图整理而期反攻"。⑦但第二天却又改变主意，致电唐生智等称："经此激战后，若敌不敢猛攻，则只要我城中无恙，我军仍以在京持久坚守为要。当不惜任何牺牲，以提高我国家与军队之地位与声誉，亦惟我革命转败为胜唯一之枢纽。"蒋指示："如能多守一日，即民族多加一层光彩。如能再守半月以上，则内外形势必一大变，而我野战军亦可如期来应，不患敌军之合围矣！"①不难看出，蒋所说所的"内外形势必一大变"的"外"，仍然包含苏联出兵在内。"苏俄无望而又不能绝望"②，这正是蒋介石当时的无奈心理。
苏联与中国同受日本侵略威胁，因此，支持中国抗战，但是，苏联更担心德国入侵，日苏之间的矛盾又尚未发展到必须干戈相见地步，苏联自然不可能轻易在远东有所动作。
