在南京卫戍司令部上午还在命令坚守，下午忽然又下令总撤退，而且命令传达极为仓促之下，南京城内的许多机关和部队根本没接到撤退命令，他们发现情况不对，就纷纷蜂拥渡江。但是并非所有的部队都已经失去了组织以及一个军人应有的战心，至少在南京的守军之中仍有两支部队此时并不准备溃散，而是迎敌向前，杀出一条血路。
粤系部队的第66军及第83军在叶肇、邓龙光两位军长参加最后的撤退会议后，共同研究决定：不遵守唐生智令第83军掩护其他部队突围后再于次日晨6时突围的命令，两军由叶肇统一指挥，按计划由正面突围，向指定地点转进。由于当时两军所属的4个师大部均在城内水西门、玄武门及光华门附近，所以叶肇当即下令各师“按160、159、156、154师之顺序，由太平门突围，经汤山、句容向安徽宁国集中”，并立即着手突围。
1937年8月25日，第66军159师13000官兵从广州出发，9月15日抵达上海，旋即投入淞沪会战。会战失败后，他们于11月21日开赴江阴，26日在江阴与敌激战。11月29日，又奉命向汤山转移。12月4日，该师揭开了南京保卫战的序幕。而第66军160师的情况也大同小异，上海西撤之时“当时收容所得，全师战斗员兵不足3000”。11月21日至27日，该师在无锡、江阴激战。12月1日开抵麒麟门收容整理，当天即派第956团占领汤山境内的珠山、凳子山和青龙山阵地。
抵达南京之后的第66军已经是一支真正意义上的疲兵，第159、第160两个师的总兵力不过6000人左右，战斗力大为下降。而且12月初来自南方的官兵还穿着单衣短裤，为了御寒，有人向老百姓讨被单裹身。他们对老百姓比较客气，买东西都付现钱。而12月6日至9日，实际兵力不过一个团的第159师还在汤山境内的半边山、孟墓、西山头、寺庄、汤水镇等地阻击日军。
而第83军的军长邓龙光是个典型的老广东，打仗很有闲情逸致的，在前线还要用高丽参煲汤，给自己喝补身子，当然也给大家喝——他在第156师的老部下回忆，邓龙光部到淞沪的时候，战局已经很不好，刚到阵地就遭到日军猛攻。邓龙光在部署防御之余还会颇有闲情地说明，已经在给大家煲汤，汤好就送到阵地上，一时军心大振。
邓龙光的油滑和叶肇的治军，最终都为挽救这两支粤系部队作出了各自的贡献。12月9日夜，第66军和第83军撤离汤山和麒麟，不久退入城内。12月12日午后，城内秩序大乱。在接到唐生智“大部突围，一部渡江”的命令之后，12月12日晚间8点前后，除156师因没有接到命令外，其他3个师先后通过太平门。当夜8时许，叶肇亲自指挥部队拆除堵塞城门的沙包，9点，部队争先恐后挤出城门。冲出城门后，部队又被自埋的地雷所阻，非常凌乱。但是到了紫金山东北的岔路口附近，这支本应风声鹤唳的部队却仍能突破日军的阻击，夺取仙鹤门以南阵地，击毙日军三四百名，军马五六十匹，甚至还摧毁了两门日军火炮。
第66军和第83军展开突围行动之时，正是日军各部队抢着进入南京之时，因此各一线师团均放松了警戒。第16师团后勤参谋木佐木久在日记中写道：
胜利了！占领首都之日，怎么没到拂晓就闹腾起来了？原来是接到仙鹤门附近重炮兵及骑兵遭敌袭击的报告，使得司令部发生了骚动。敌人充其量是为数不多的残兵败卒，而装备着步枪的重炮兵、骑兵表现得如此惊慌失措，听起来简直太荒唐了。可司令部不加分析地完全相信如此骚乱也够荒唐的。
其实汤水方向的第16师团部之所以陷入慌乱并非没有原因的，因为此时师团部所在地正位于第66军和第83军突围的进攻轴线上，而更为危险的是上海派遣军司令部也在不过1公里之外。此时谁也不敢轻易作出判断，这支迎面扑来的中国军队是不是来逆袭日军指挥中枢的。
而此时日军第10军已经开始准备杭州作战了，因为此时中国军第8集团军主力退至余杭、德清之线，但在乍浦、平湖、新丰地区仍派有前进部队，不仅对第10军左侧背形成威胁，而且对上海日军的安全亦构成威胁。因而华中方面军司令官松井石根大将决定进攻杭州，除了将警备上海的第101师团临时转隶第10军之外，还下令第10军司令官指挥从第10军的编制内调遣一个师团，进攻杭州。
因此在12月11日，第10军司令官柳川平助中将便下令将预备包抄进攻南京的第18师团从芜湖调回，令其在泗安、广德集结，同时令第101师团在湖州集结，第1后备兵团的4个步兵补充大队在嘉兴集结，进行作战准备。但这个时候，对于第10军上下来说，攻入南京才是最大之辉煌。在中国守军撤退之后，第6师团、第114师团与上海派遣军的第9师团、第13师团山田支队、第16师团同时从几个方向扑入南京城内。
有趣的是第66军和第83军突围之后在灵山找了个向导，要他带路去周冲，结果由于语言不通，当地的村民以为是去方冲，结果就把队伍一直往东领。到了雪浪庵，部分队伍开始上山。中午，部队开到孟塘陈家边，在村南的“十亩地”训话，然后派侦察兵进方冲探路。侦察兵未发现敌人，部队就开进了方冲，然后沿隘路向东，往大赤燕前进。先头部队快到大赤燕了，尾巴还在“十亩地”。
这时，埋伏在方冲山头上的日军突然开火，用机枪猛烈扫射。突围部队发觉中了埋伏，立即组织反击，发起了数次冲锋。而按照当地人的说法，当时山上伏击的日军不多，不过全是“大楼”里的日军。而当地人口中的“大楼”也就是被作为上海派遣军司令部的中国陆军汤山炮兵学校的弹道研究所。可见在误打误撞的情况下，突围部队事实上已经逼近了日本陆军上海派遣军司令部，逼迫对方调动司令部警卫部队出动，展开伏击，以牵制突围的第66军和第83军。
上海派遣军参谋长饭沼守在12月13日的日记里写道：
好像有敌残兵败卒从公路北侧方向过来。下午，他们来到军司令部北侧高地，警卫部队将之击退，逼其向西退去。我军一名小队长（准尉）阵亡、一名士兵负伤。下午5时左右，北侧高地再次出现敌兵，高射炮也加入了战斗。
12月14日，他又写道：
昨天在司令部附近的战斗中，我方阵亡两名准尉及其他十余人，负伤的有两名少尉、一名中队长，另外还有近20人。今早得知，仍有500名残敌在司令部东北侧，第19联队主力正在将其全部包围，并迫使他们投降。
面对这场突如其来的袭击，派遣军司令部把警卫队用上了，高射炮也用上了，还叫第9师团派一个步兵大队前来保卫，其狼狈程度可想而知。
但事实上第66军和第83军突破经岔路口、仙鹤门、东流等地的日军阻击之时，已经拼尽了最后的力气。第159师代师长罗策群、参谋长姚中英在指挥部队冲击，为两军主力杀出一条血路的时候，不幸阵亡。罗策群师长是在突破日军战线时率先冲锋战死的，冲锋时对部下高呼：“弟兄们，跟我来，勿要做衰仔呀！”成为最后的遗言。
12月13日拂晓前，这两个军已经撤退到达汤山附近，但在此遭到了回师的日军第16师团主力的猛烈攻击。部队逐渐失去掌握，只能各自为战，数百人或数十人一队，分头向指定地点转进。叶肇、邓龙光两位军长与各自的部队失散，均换着便衣突过日军包围圈，向安徽宁国退去。
而未接到命令的第83军第156师师长李江则是率队与教导总队等友军部队一同撤至下关，其中只有部分官兵渡过长江，全师多数官兵均没有能够过江。除了第66军及第83军是主动突围之外，南京卫戍军的其他各部均是于12日下午和夜间涌至下关。不过只有第74军组织较好，又掌握有一艘小火轮，全军约有7000人渡过江北。其余部队都仅有一部得以渡江，大多留在南京城内。
但是在日军纪录中，留在包围圈中的74军残部，也并没有坐以待毙。以第74军残存的部队为核心仍有数千中国军人，在第二天向西侧突围，与日军展开激战后，终于得以突围成功。根据日方的战场资料，陷入包围的中国军队反应各不相同，但基本已经丧失战斗能力，幕府山中有大约一万名中国溃兵，没有食物也没有斗志，日本军队只派一个联队就轻易地解决了他们的武装……令人吃惊的是13日凌晨，一支大约5000人的中国军队向西强行突围，丢弃了大量辎重后冲过日本军的防线。阻挡其前进的一个中队顽强战斗，不幸“全灭”。经过调查，这是中国军最为能战的74军所部。追击的部队错误地向西寻找，却因为该部突围后即转向南方而失去踪迹。
浓雾弥漫，向西侧突围转而南下的中国军队第74军与为迂回切断敌退路北上的第6师团45联队主力爆发战斗。深夜时分，日本军已经占领了南京城的大半，可说胜负已分，但是这支突围的约6000人的部队攻击依然炽烈，击溃第11中队的阵地后匆匆逃走。
关于12月13日的战斗经过，最近发现的《南京突围后经过报告书》说得比较详细。
12月13日晨，第66军和第83军在抵达汤山附近，遭到日军战机不断侦察。此时部队经过岔路口、仙鹤门之战后已经陷入了混乱，许多士兵在夜战中迷失了方向。而指挥官与部下失去了联系，叶肇和第66军参谋长黄植南在汤山附近的山地潜伏一天，后来化装成难民混入京杭国道的人群中脱险，而第83军军长邓龙光带着少数人马突围至淳化，历尽艰险，才辗转到达安徽。
突围部队虽然遭受了重创，但并未崩溃。其中部分官兵在黑夜里杀出重围，经灵山、东流，继续向汤山进发，往句容方向突围。部队到达孔山北麓的雪浪庵后，一部分继续在山脚下走小路，一部分上了山，沿山腰东进。到中午时分，再次与步炮联合的日军遭遇。而这支部队已经不再是之前所遭遇的第16师团的后方骑兵和炮兵，而是从南京城区方向回防的第16师团主力。
在当时众寡悬殊的情况之下，突围部队虽然被日军以汽车载运的步兵截成数段，但是他们仍占领山头，各自为战，拼死抵抗，向日军侧面冲击，连占各高山据点。在日军后续增援的装甲部队的冲击下，大批士兵在战斗中壮烈牺牲，长眠在青山绿水间。尽管战斗打得昏天黑地，异常残酷，突围部队的主力还是冲出了汤山，于夜半到达句容境内的九华山。
突围部队冲出汤山，到达句容，终于暂时脱离了危险，在那里休整了半个月。12月14日晨，郭永镳率领的突围部队在九华山顶看到四面山野有零星队伍陆续东行，怀疑是日军追兵。经派人查探，方知是突围出来的散失官兵，于是派人在各路口守候。当天，共收容士兵500余人。
其后，郭永镳召集宝华乡的乡保长商议，通过他们转告句容各乡保长于16日夜到范巷开会，讨论突围官兵安置事宜及组织民众武装抗敌的办法。
12月15日，在前往高家边的途中，部队又收容官兵200余人。当时，乡保长对突围官兵抱敷衍态度，郭曾一度计划立即南返。但因与叶肇所率的部队尚未取得联络，沿马路不断有敌军威胁，部队的徒手兵和伤病员太多，敌情地形也不明了，于是决定仍向高家边前进。当夜，部队宿营高家边，并命该村保长高定庵转告各乡保长按时到范巷出席会议。
12月16日晨，部队转移至石山头，在邓埠镇重新编队。全体编为8连，士兵2人同一枪，暂时藏匿山间。这天，159师上尉课员马作霖携款万余元前来报到，部队的伙食费和其他费用都有了着落，顿时信心大增。当夜，郭永镳同马作霖、连长崔翼南、营副林诗学率领部分官兵携款赴范巷参加会议。
由于有了经费支撑，乡保长的态度明显改变。会议决定，现有官兵以一半化整为零，改穿便服，分匿民家；另一半暂留邓埠镇附近，藏匿山间，挖洞穴居。分匿民家的官兵，伙食由各户平摊，伙食费每人每天2角。伤病员住邓埠镇，由乡保长聘医治疗。对各乡保长，每人发侦探费30元，分别侦察敌情并查探散失官兵。同时决定将各乡保壮丁立即编队，在各村及重要道路实施警戒。
12月17日，为便于指挥联络，在范巷组织了“第四路军南京突围部队官兵收容处”，郭永镳任处长。当天，又收容官兵百余人，160师少尉服务员翁永年也携款万余元到收容处报到。此后，又有159师团长何全标和旅长林伟俦等先后到收容处接洽。他们因伤病缠身，留在绅士家中医治。还有一件事值得一提，宝华山隆昌寺有许多难民，日军虽然没有焚烧寺庙，但天天去检查，每天枪杀三五个和尚。僧人叶华目睹日军暴行，愤然下山，于12月22日主动投奔收容处，担任义务医官。他擅长医疗跌打创伤，热情为伤病员服务，先后经他治愈的官兵有百余人之多。
当时，突围部队的处境仍然非常险恶。他们是孤军，后援不继，难以持久。在这种情况下，他们依靠当地乡保长，发动壮丁武装抗敌，取得了显著成效。
12月18日晚，部队在仇家边召开了第二次乡保长会议，有10余名乡长出席了会议。会议决定组织游击队，对敌施行游击战，同时组织壮丁队，负责保卫各乡村。会上指定戴村骆文博担任游击指挥，并责成宝华乡乡长张星缘、戴村保长张映钊、仇家边保长巫玉栋各编组壮丁一中队，统归骆文博指挥。他们约定，如遇日军搜山，应在指定地点举火为号；如遇敌人进村，该村壮丁应以武力抗拒，其他各保一闻枪声立即派出3名武装壮丁前往支援。
12月22日，再次召集乡保长开会，传授游击战术。会议决定由张星缘负责，派壮丁到九华山一带搜寻遗落枪械，并规定：寻获迫击炮一门，赏洋20元；轻机枪一挺，赏洋15元；步枪一支，驳壳枪一支，各赏10元。此后，收容处派官兵到各村训练壮丁，指导他们对稀少敌人施行攻击。
连日来，击毙敌人多名，即使遇到数十上百之敌，亦能奋勇截杀。
12月30日，日军步兵140余名向上丁庄、下丁庄前进，柳桥壮丁队以轻机枪二挺、步枪百余支与敌冲杀，自晨至暮，毙敌8名，敌不支而退。东荆塘乡前任保长解世茂，年过60，指挥100多名壮丁连日与小股敌人激战，先后毙敌数十。后来敌人越来越多，后援不继，他便命令壮丁转移别处，自己孤身一人留在解家村与敌烧杀队周旋，一见稀少敌人，就开枪射击。结果，解家村未遭焚烧，得以保全。
后来，当广东部队官兵离开此地南返时，他又不顾道路滑烂，左手持鞋，右手扶杖，为部队送行。临别时，他说：“要是壮丁队子弹充裕，敌人肯定不能冲进来，东荆塘也不至于被烧。”郭永镳当即赠子弹200发，并答应日后请求政府接济。
据郭永镳调查，当时句容一带农村里不但有壮丁，而且有枪支，打游击的条件是完全具备的。如宝华乡有轻机枪数挺，步枪千余，戴村有步枪300余支，茅山乡有武装壮丁数百人，郎溪房李村所在乡有迫击炮2门，马克沁3挺，步枪千余。在突围部队的组织、发动和指导下，抗日烽火迅速点燃。
突围部队匿处山间将近半月，天气渐寒，被服皆缺，后勤又无法供应，便决定南返归队。
12月29日，部队派第156师少校团副谭廷光率兵数名赴茅山探路。
12月31日，全体官兵分三批向南开拔，经高家边、大王庄、东荆塘、宝埝等地，于1938年元旦到达茅山。
茅山一带的壮丁早有相当组织，实力也相当雄厚，但各自为政，互不联系，不能形成强大力量。
1938年1月2日午间，郭永镳召集茅山乡乡长张仁寿、大王村乡长唐贤祥、王庄乡长王志伟、茅山头目吴中怀和陈保贵等10余人开会，指出他们以往的错误，劝令从速改善，严密组织，切实互助，并责成张仁寿负责，领导各地民众奋起御敌。
会上，吴中怀备述他们曾多次抗拒日军烧杀队，并在天王寺夜袭敌人，俘获辎重甚多，请求给以委任。陈保贵更是慷慨激昂，拍胸大呼：“我陈某今年48岁了，未能为国尽力。今日不与倭奴拼个死活，留我这条老命何用？”郭永镳当面加以慰勉，答应转告政府分别委任，为国杀敌。经过这次会议，情况迅速好转。
1月3日夜，收容处官兵由东太阳村出发，越京武路，向老人山白阳村前进。白阳村保长许维新亲自迎送，热情招待。部队所经各地，均得到乡保长的照拂，戒备森严，互取联络，一路上比较顺利。此后，突围部队先后经南镇街、竹箦桥、上沛埠、堑口、强埠、社渚、三丁桥、西北村、房李村、管村、何喻庄，越广宣公路而至姚村附近，于10日晨6时完全脱离日军控制范围，进入中国军队警戒线内。千余官兵迭经苦战，屡涉艰险，终于安全南返，一个个情不自禁地振臂高呼：“打倒日本帝国主义！”
与此同时，除郭永镳率领的1500余人外，还有一部分突围官兵沿别的路线先后归队。该师在1938年春先后收容突围官兵2000余人。如果再加上第160师和83军的，突围部队先后归队的总人数估计在3000人左右。在当时条件下，这是个很了不起的数目了。
困在南京城内的数万官兵放下了武器，绝大部分被日军残忍杀害，结局悲惨。相比之下，广东部队的突围虽然损失惨重，却是成功的，他们百折不挠的战斗沉重打击了日军，极大地鼓舞了沿途民众，确实可歌可泣。
1938年3月3日，郭永镳将南京突围详细经过书面报告蒋介石，不久，他被提升为66军少将参谋长。
第66军和第83军突围部队可以说是当时整个中国战场的一个缩影，虽然凭借着火力和兵力的优势日军可以击溃中国军队的重兵集团，攻陷重点城市，但是却无法一劳永逸地结束战争。日本不仅陷入战线日益拉长的噩梦，更要面对越来越多武装起来的中国民众。战争并没有狂热的日本军国主义者预想的那样在南京结束，相反一场正义与邪恶之间的最终较量，才刚刚开始……