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
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