23日，北伐军江右军第二纵队鲁涤平部占领江宁县，然后进逼中山门、光华门；第三纵队贺耀祖部占领将军山、牛首山、幕府山，遂进攻通济门、武定门；第一纵队程潜部接连攻克大小山、马石山、西善桥一带，随即进攻雨花台。此时一败再败的孙传芳部早已再无战意。北伐军与吴佩孚激战两湖之际，吴氏军中尚且有一位刘玉春横刀立马，等到与孙传芳鏖战南京时，孙氏帐前却没有一位可以临危受命的将领。直奉军队几乎是狼狈逃入南京城，甚至连拒尾随之敌的工夫都没有。于是，北伐军便紧追着直奉败军由光华门冲入南京城，其余纵队则于是日晚进入城内，直奉败军纷纷逃至下关抢渡，逃回浦口。孙传芳号称以死力保的南京城，一日之内便被北伐军攻克。北伐军将领何应钦抵达上塘镇后，其先头部队业已抵达栖霞、东流镇一线，获悉南京已被攻克，何应钦随即命令第六纵队在汤水镇附近待命，第五纵队在无锡、江阴待命，自率第四纵队于25日进入南京。
武汉和南京对国民政府来说有着特殊的意义。武汉是辛亥革命爆发的地方，可以说是孙中山领导的革命力量在经过无数次失败的尝试以后，第一次取得成功，推翻了清王朝，创造了新的政体。而南京则是民国元年临时政府的所在地，后来因为袁世凯执意要在北京继任临时大总统，民国的首都才由南京迁往北京。北伐军在占据武汉、南京之后，攻势有所缓和，使得北洋军阀得以稍作调整。孙传芳接连战败，所部的将领纷纷在阵前倒戈，投降北伐军。他虽然率部退守长江以北，但是残部毫无斗志，据守下去怕也非常艰难。此时其亲信杨文恺、卢香亭见大势已去，就背着孙传芳逃回天津。据说蒋介石曾试图说服孙传芳，要他率部进攻奉军张宗昌部投降北伐军，戴罪立功。但孙传芳此时已是残兵败将，南下对北伐军无可奈何，北上亦招架不住奉军，他举棋不定，更加没有战意。