此時的日軍第 18 師團師團長牛島貞雄中將，已經陷入了瘋狂。接連損失三名高階將領，讓他顏面盡失，也讓他受到了上級的最後通牒，如果再不能攻佔宣城，他將被解除職務。
牛島貞雄決定孤注一擲，將師團所有的兵力和裝備全部投入戰鬥，發起最後的總攻。
拂曉，日軍第 18 師團師團長牛島貞雄中將發起了最後的總攻。他將師團所有的兵力分為三個梯隊，輪流對 67 軍的陣地發起進攻。
日軍的火炮和飛機也全部投入戰鬥，對 67 軍的陣地進行了不間斷的轟炸和炮擊。
在城東陣地，日軍第一梯隊在坦克的掩護下，向 118 師的陣地發起衝鋒。118 師將士憑藉殘存的工事，頑強抵抗。
沅式 20 機關炮對日軍坦克進行射擊，37mm 戰防炮也不斷髮射穿甲彈，擊毀了數輛日軍坦克；日軍的坦克難以進入到陣地內部。
在城南陣地，山田支隊的進攻同樣十分猛烈。119 師師長陳子弦率領部隊與日軍展開殊死搏鬥。
在一處陣地，119 師一個連計程車兵幾乎全部犧牲，只剩下連長一人。連長手持衝鋒槍，在戰壕裡與日軍展開周旋，他憑藉有利地形，先後擊斃了 10 餘名日軍士兵，最終因彈盡糧絕，被日軍包圍。在生命的最後時刻，他拉響了最後一顆手榴彈，與日軍同歸於盡。
隨後幾日，67 軍將士在傷亡不斷增加的情況下，始終堅守著陣地。這幾天的戰鬥，是宣城保衛戰中最為慘烈的階段。
67 軍的不少部隊已經傷亡過半，有的連隊甚至只剩下幾十人，但他們依舊沒有放棄，繼續與日軍戰鬥。
在 118 師的一處陣地，一名團長曾向陽在戰鬥中被日軍子彈擊中了腹部，鮮血直流。
他捂著傷口，繼續指揮部隊戰鬥，他對身邊計程車兵說：“兄弟們，我們一定要堅持下去，為了國家，為了民族，我們絕不能後退！”
士兵們看到團長受傷仍在指揮戰鬥，深受鼓舞，紛紛拿起武器，向日軍發起反擊。最終，曾向陽團長因失血過多，壯烈犧牲。
在 119 師的陣地，狙擊手何立川在一次狙擊行動中，被日軍發現。日軍集中火力對他的潛伏位置進行射擊，何立川不幸被日軍子彈擊中，身負重傷。
戰友們將他抬下陣地救治時，他仍念念不忘戰鬥，對戰友說：“一定要守住陣地，不要讓小鬼子得逞。” 由於傷勢過重，何立川最終還是犧牲了，他用自己的生命，踐行了一名狙擊手的使命。
截止到戰鬥快結束，67 軍累計傷亡已達 1.5 萬餘人，其中犧牲 8000 餘人，受傷 7000 餘人。日軍的傷亡也突破了 1.5 萬人。
隆廷錫軍長知道，繼續堅守下去，部隊將面臨全軍覆沒的危險；在和周青雲請示後，他決定實施撤退計劃。
周青雲首先與安慶機場取得聯絡，要求空軍在撤退時提供空中掩護。同時，他命令部隊在陣地周圍佈置大量地雷，以延緩日軍的追擊速度。
各部隊接到命令後，開始秘密準備撤退。士兵們在夜色的掩護下，悄悄在陣地周圍埋設地雷，同時將重傷員抬上擔架，做好撤退的準備。
隨後幾日，67 軍一邊組織部隊繼續堅守陣地，一邊加快撤退準備工作。日軍雖然仍在發起進攻，但由於傷亡慘重，進攻勢頭已經大不如前。
67 軍將士利用這個機會，不斷調整部署，為撤退創造條件。
清晨，隆廷錫軍長下達了撤退命令。67 軍剩餘的 1.1 萬餘名將士，在安慶機場中國戰機的空中掩護下，開始有序撤退。
中國戰機對日軍的陣地和追擊部隊進行了轟炸和掃射，有效延緩了日軍的追擊速度。同時，67 軍提前佈置的地雷也發揮了作用，日軍在追擊過程中，觸雷傷亡慘重，不得不放慢追擊速度。
67 軍剩餘人員順利撤往灣沚。在灣沚，67 軍短暫停留，補充了部分彈藥和物資後，繼續向銅陵方向撤退。
日軍在後續的追擊過程中，由於受到中國戰機的不斷襲擾和地雷的阻礙，始終未能追上 67 軍的主力部隊。最終，67 軍成功撤往銅陵，進行休整。
宣城保衛戰從 12 月 6 日開始，到 12 月 24 日結束，歷時 19 天。
67 軍 3 萬將士以傷亡近 1.9 萬人的慘重代價，殲滅日軍近 2 萬人，成功堅守宣城 19 天，為南京保衛戰爭取了寶貴的時間，也打破了日軍快速封鎖中國軍隊南翼後路的企圖。
在這場戰鬥中，67 軍將士展現出了頑強的戰鬥意志和崇高的愛國主義精神，他們用自己的生命和鮮血，譜寫了一曲悲壯的抗日戰歌。
日軍第 18 師團雖然最終攻佔了宣城，但也付出了慘重的代價，部隊戰鬥力受到了嚴重削弱，不得不進行長時間的休整，這在一定程度上延緩了日軍對南京的進攻速度，為中國軍隊在南京及周邊地區的部署和撤退爭取了更多的時間。
南京的最後時刻，周青雲組織大撤退。
周青雲命令艦隊和安慶機場的飛機集中所有火力，轟擊追擊的日軍步兵叢集，掩護岸上部隊登船。
部署在幕府山和碼頭的高射機槍組成密集火網，奮力抗擊著前來轟炸的日軍飛機，但仍有多艘運輸船和護航軍艦被擊中，沉沒在冰冷的江水中。
場面一度失控，一些部隊爭搶渡船，秩序大亂。周青雲親自坐鎮下關碼頭，他的衛隊手持花機關衝鋒槍，組成了警戒線。
一名中將師長試圖強行帶領親信登上一艘準備運送傷兵的船，周邊的人看到他的軍銜高不敢阻攔，這時被附近周青雲趕過來當場喝止。
周青雲一看，是88 師師長孫元良。南京保衛戰期間，88 師負責防守雨花臺，雨花臺陣地被突破後他無視周青雲的命令帶頭脫離部隊逃跑，情節極其惡劣。
教導總隊總隊長桂永清、參謀長邱清泉也想臨陣脫逃，但被63軍軍長向子毅阻擊，周青雲允許桂永清、邱清泉先撤退，但必須組織部隊一起走，孤身逃跑一律嚴明軍法；隨後，117師師長田閣毅在周青雲要求下後撤，掩護教導總隊先撤；之後，117師在大量地雷和安慶機場空軍掩護下順利撤退。
之前周青雲想找到孫元良進行嚴懲，但他跑的太快沒找到，沒想他這麼快跑到下關來了。
“孫師長，你的部隊在何處？”周青雲厲聲質問。
“部隊……打散了……”孫元良面色慘白。
“臨陣脫逃，棄部隊於不顧，按律當斬！”周青雲眼中寒光一閃，毫不猶豫地拔出手槍，“砰”的一聲槍響，孫元良應聲倒地。
碼頭上瞬間鴉雀無聲。
“再有違抗撤退序列，爭搶渡船者，無論軍銜，格殺勿論！”周青雲冰冷的聲音迴盪在江邊，迅速穩定了秩序。
孫元良的死震撼了其他部隊，尤其桂永清、邱清泉等人；南京衛戍司令部副司令長官羅卓英、劉興，參謀長周斕等人也沒想到周青雲敢眾目睽睽之下親自槍斃一箇中央軍的中將師長。
隨後，周青雲讓羅卓英、劉興、周斕等人如實向武漢的蔣某人彙報他將孫元良明正法典。
桂永清、邱清泉等人聽到周青雲的狠辣，於是老實組織部隊有序渡江。
隨後幾天，周青雲帶著洞庭湖分艦隊的2個團陸戰隊守在下關碼頭維護秩序，先後擊斃2名少將旅長、5名上校團長，至於強行強渡或帶頭擾亂軍心的上校以下軍官達20餘名，並把屍體掛在碼頭以示警告。
有名團長只帶了4人過江，說是部隊打散了，他不是逃兵、也沒有扔下部隊逃跑，但是之前周青雲規定“凡中校以上軍官，獨身或只帶幾個衛士過江的，一律槍斃”。
儘管當時很多人求情說對方在淞滬會戰打仗很勇敢，請周青雲網開一面；但周青雲知道此時非常時刻，為了嚴明軍紀順利撤退，只能一刀切以免有人後面鑽空子，於是周青雲還是將這個團長槍斃，但是讓他的4個手下帶著屍體走了、沒有曝屍。
大部分部隊得以撤出後，周青雲命令炮兵將無法帶走的火炮和剩餘炮彈全部炸燬，震天動地的爆炸聲是留給日軍最後的“禮物”。
他的嫡系部隊，第六十三軍和第六十七軍的一個團，且戰且退，逐步向碼頭收縮。
最後階段，周青雲將庫存的步槍、子彈和手榴彈分發給不願離開南京的青壯年，“南京就交給你們了，”他對那些眼神複雜的人群說，“是玉石俱焚，還是潛伏待機，你們自己抉擇。”
這是他能為這座城做的最後一點事。他無法改變城市即將陷落的命運，但他希望，這些散落民間的武器，能在未來的黑暗歲月裡，點燃零星的反抗之火。
周青雲命令部隊，在市區的街道設定層層阻擊陣地。
“告訴各連，充分利用街壘和建築，逐屋爭奪，但要掌握節奏，不要死守一點。”
他轉身對工兵主任說：“地雷佈設得怎麼樣了？”
“司令放心，主要街道都布了反坦克雷，小巷子裡全是步兵雷。夠小鬼子喝一壺的。”
果然，上午十時，日軍第六師團一箇中隊沿著路推進時，領頭的一輛坦克觸發了反坦克地雷，巨大的爆炸將坦克炸翻。