攻略开始后，除了第101师团留守上海外，日军其他8个师团和2个支队全部涌向南京方向。此时日军最高指挥层名单如下：
华中方面军司令官：松井石根大将；
参谋长：塚田攻少将；
副参谋长：武藤章大佐；
上海派遣军司令官：朝香宫鸠彦中将；
参谋长：饭沼守少将；
第10军司令官：柳川平助中将；
参谋长：田边盛武少将。
松井石根在地图前拟出作战要点：上海派遣军负责正面追击，在追击中，派出一部抢先渡至江北，堵截中**队北撤之路；第10军迂回向南京攻击，途中分兵芜湖，切断中**队沿江西去之路。
在随后的进军中，朝香宫鸠彦的上海派遣军和柳川平助的第10军展开竞赛：东路是第11师团（师团长山室宗武中将）、第13师团（师团长荻洲立兵中将）、第16师团（师团长中岛今朝吾中将），以及重藤支队（支队长重藤千秋少将）。以上四支部队沿宁沪铁路和丹阳、句容至南京的公路进攻；中路是第3师团（师团长藤田进中将）、第9师团（师团长吉住良辅中将），沿宁杭公路进攻；西路是第6师团（师团长谷寿夫中将）、第18师团（师团长牛岛贞雄中将）、第114师团（师团长末松茂治中将）和国崎支队（支队长国崎登少将），沿太湖南岸迂回包抄北上。海军第3舰队第11战队（司令官谷本马太郎少将）顺长江向南京进攻。其他部队：野战重炮第5旅团（旅团长内山英太郎少将）、野战重炮第6旅团（旅团长石田保道少将）和陆军航空第3飞行团（司令官值贺忠治少将），以及一部后备队，协同作战。
参与会攻南京的日军一共有8个师团又2个支队。按照松井石根的作战部署，这些部队又被分为两部分：一是负责外围迂回作战的兵力，一是负责直接进攻南京的兵力：
在3个月的淞沪会战中，日军有两个师团损失最重，即伊东政喜的第101师团（死伤9000人以上）和吉住良辅的第9师团（死伤9500人以上）。第9师团全程参与了陷落南京的战斗，但第101师团只派出了一个骑兵联队（一说为骑兵大队，不准确）参与南京方向的追击。山室宗武的第11师团的主力也没有奔向南京。当时，日本陆军参谋本部一度计划以第11师团主力和重藤支队为核心，在华南登陆，攻取广州，后改变计划，遂令集结的第11师团主力和重藤支队开赴台湾待命。第11师团只留下天谷支队（队长天谷直次郎少将，辖安达二十三大佐的第12联队和永津佐比重大佐的第22联队），从东路与第13师团、第16师团一起，沿宁沪铁路向南京进攻，后渡江北上攻袭扬州，没有直接参与进攻南京的战斗。日军占领苏州后，司令官松井石根因病留驻。藤田进的第3师团的大部随即也停下来，主力布防作切断中国败军退路的准备，只派了以鹰森孝为队长的第68联队向南京进攻。荻洲立兵的第13师团的主力与天谷支队在攻占江阴、镇江后渡江，一边在长江北岸布防，一边向扬州进攻。但第13师团的山田支队（以两角业作大佐的第65联队为主体）未过江，而是沿长江南岸进击栖霞山、幕府山一线。国崎支队在进军中也渡过长江，进占江北的浦口，同样为的是拦截北退的中**队。牛岛贞雄的第18师团则绕行攻陷芜湖，切断中国守军的西退之路。
上面说到的几支日军在5万人左右，他们负责南京外围的迂回作战。也就是说，直接参与进攻南京城的日军只有第6师团、第9师团、第16师团、第114师团、第13师团的山田支队、第3师团的第68联队、第101师团的骑兵101联队，以及海军第3舰队的第11战队。
按照日军的建制，一个常设师团下辖2个旅团，每个旅团又分别辖2个步兵联队，每个步兵联队3500人左右，再加上骑兵联队、炮兵联队、轴重兵联队、工兵联队，每个师团的兵力在2.5万人左右。考虑到第114师团为战争爆发后新编建的特设师团，以预备役军人为主，兵力少于第6、第9、第16师团，而且上述几支部队尤其是第9师团在上海作战时伤亡惨重，补员并未完成，所以综合估计，我认为直接进攻南京的日军在9至10万人之间，最多不超过10万，而并非很多人认为的15万人。
日本军队的编成有一个特点：即以师团为单位，该师团的士兵往往集中来自日本的某一个区域。到了联队一级，这种特点更为明显，比如进攻南京的第16师团片桐护郎第9联队的士兵基本上由京都人组成；第13师团两角业作第65联队的士兵则由会津若松人组成；第9师团胁坂次郎第36联队的士兵由鲭江人组成。每支部队的战斗力，与编成地的居民的特点即民风有密切关系。日本列岛由本州、九州、四国和北海道四个大岛和众多小岛组成，有1都1道2府43县，即东京都、北海道、京都府、大阪府、山口县、鹿儿岛县、广岛县、熊本县、长崎县、千叶县、奈良县、静冈县、青森县、长野县、岩手县、宫城县、秋田县、山形县、福岛县、山梨县、新潟县、徳岛县、香川县、爱媛县、高知县、福冈县、佐贺县、大分县、爱知县、三重县、滋贺县、茨城县、宫崎县、富山县、石川县、福井县、岐阜县、枥木县、群马县、埼玉县、神奈川县、兵库县、和歌山县、鸟取县、岛根县、冈山县、冲绳县，每个地方民风不同，如第4师团在大阪编成，士兵来自大阪及周边地区，这一带的居民素重商业，民风精细却不强悍。所以，在整个第二次世界大战期间，第4师团的战斗力最弱。而有的地方民风强悍，如熊本（熊本县）、金泽（石川县）、鹿儿岛（鹿儿岛县）、鲭江（福井县）、会津若松（福岛县）等地，由该地人组成的联队，战斗力就更强。
