同时，攻占光华门的第9师团，攻陷中山门、和平门的第16师团，也不甘落后，进入南京后，同样对南京市民进行了疯狂的大屠杀。当时随同日军进城的《东京日日新闻》记者铃木二郎，在目击了光华门的情景后作了这样的记述：“我随同攻陷南京的日军一道进城，在城内呆了4天，目击日军无数暴行……从光华门北上，走向中山东路，在光华门马路两边，看到接连不断的散兵壕，都填满了烧得焦黑的尸体，马路中间横倒的许多木柱子下面，压着的都是尸体，四肢断折飞散，不啻是一幅地狱图画。”“我当时产生了一种错觉，认为自己也就是地狱里面面目狰狞的‘狱卒’了”。通济门、中华门、中山门等地带，遭日军屠杀的南京市民，不计其数。据住在通济门裘家湾一带的居民说，当年大屠杀时，躲藏在东关头涵洞里的数百名同胞都惨遭日军杀害。这个1937年以前被称为南京的水陆运输码头繁华地区，从12月13日起遭日军血腥大屠杀，其后竟成了无人地带，呈现出一派“尸横遍野”的凄惨景象。《日本随军记者见闻录》一书的作者小俣行男在该书中说：“留在市内没有住进难民区的百姓，都被日军‘一扫而光’。”
日军最初6周的大规模屠杀、奸淫、烧抢等暴行，世界各国均有报道，并遭到国际社会舆论的抗议和谴责。但日军当局我行我素，屠杀几乎持续了3个月。审视日军对于整个南京烧杀掳掠的事实记录，就可清楚地看到，并非只在刚刚入城之时的那几天，因军队交战而出现失控与误杀的局面。12月17日，日本华中方面军举行记者招待会宣布日军征服南京之后，照理已经完全控制了南京，军纪与秩序应该可以恢复了。但是，日军在南京对于平民毫无人性的杀戮，仍如瘟疫继续蔓延，并主要由担任南京警备部队的日军16师团进行，并且竟然一直延续了 3个月左右！直到松井石根等将领被调回日本，日军大本营撤销华中方面军、上海派遣军以及第10军的战斗序列之后，日军在南京的暴行才稍微有所收敛。因此，日军在南京的屠杀暴行，既非是浴血巷战所产生的伤亡（因为根本没有组织性的巷战），也不是少数日本军人军纪失控的放纵行为（遍及整个南京城内外，延续达3个月），根本就是日军从上到下、绝对故意放纵的禽兽行为，是不折不扣的“大屠杀”。
从根本上说，这是日本统治集团制定的对华方针造成的。1937年8月15日，日本政府就发表声明，“为膺惩中国军之暴戾，促使南京政府反省，今已不得不采取断然措施”，已经表明日本将不惜采取任何手段对待中国人民的反抗斗争。从前线指挥官的态度看，华中方面军司令松井石根率军进犯南京时，就曾充满杀气地说：“降魔的利剑现在已经出鞘，要发挥它的神威！”是他制定了“大体上采取不保留俘虏的方针，故决定全部处理之”的方针，并由参谋长下达了“杀掉俘虏”的命令，才造成了震惊世界的南京大屠杀，30余万中国骨肉同胞失去了宝贵的生命。
日军进入南京后，不仅杀人成性，而且强奸妇女，一逞淫威，且奸杀并行。
据中国军事法庭审判谷寿夫判决书认证，日军强奸妇女“方式之离奇惨虐，实史乘所未前闻。如12月13日，民妇陶汤氏在中华门东仁厚里5号被日军轮奸后剖腹焚尸；怀胎九月之孕妇肖余氏，16岁少女黄桂英、陈二姑娘及63岁之乡妇，亦同在中华门地区惨遭奸污；少女丁小姑娘，在中华门堆草巷经日军13人轮奸后，因不胜狂虐，厉声呼救，被刀刺小腹致死；同月13至17日间，日军在中华门外，于轮奸少女后，复令过路之僧侣续与行奸，僧拒不从，竟被处宫刑致死。”谷寿夫不但亲自持刀杀人，还亲自在大街上强奸妇女。据查到的证据，被他奸污的妇女有10余人。
据统计，在崇善堂收埋的11.2万多具尸体中，有女尸2000多具，其中多数是奸后被杀的。另据外侨所组织的国际委员会统计，12月16至17日两天，遭日军蹂躏者已越2000人。按主持难民区调查的国际人士的粗略估计，南京城被日军奸污的妇女达8万人之多，而且大部分被奸污之后又遭杀害。
日军奸淫妇女的兽行与其进行的大屠杀相比，有过之而无不及。如日军强迫儿子强奸母亲，父亲强奸女儿，兄强奸其妹，甚至日军自己强奸，令其丈夫观看，若稍示反抗，当即杀死。
逃入安全区之妇女，也常遭闯入安全区日本兽兵之害。对于日军的淫暴行为，在南京的外国人实感震惊。一位外侨在给友人的信中说：“实际上，1/3的强奸是在白天干的。”军医蒋公毂目睹日军白日宣淫的兽行，在《陷京三月记》中写道：日军“赤身裸体，公然白天宣淫，迭经外邦人士目睹，当面斥为禽兽”。被日军强奸的妇女，小至只有十一二岁的幼女，长至六七十岁的老妇。最常见的手段是轮奸，年幼少女往往被轮奸致死。更为残暴的是，日军奸后把被奸妇女杀死，令其赤裸裸地躺在大街上或田地边，有的被害妇女仰卧地上，小衣撕破，下身肿烂，小腹像鼓一样隆起。有的母亲和血污的胎儿躺在一起。有的妇女被奸之后，日军又用木棍由下部捅向腹部致死，有的奸后又被剖腹，等等。
还有的士兵以残虐妇女取乐。据一位目击者回忆说：日军“有时用刺刀将奶子割下来，露出惨白的肋骨，有时用刺刀戳穿下部，让她惨痛呼号，有的用木棍、芦管、萝卜塞入下部，横被捣死。日军则在旁拍手大笑”。
曾参加血洗南京的一等兵田所耕三讲道：“女人是最大的受害者。不管是老的还是年轻的全都遭殃。从下关把女人装上煤车，送到村庄，然后分给士兵。一个女人供15—20人玩弄。在仓库周围选个有阳光的好地方，用树叶之类铺好，士兵们拿着有中队长印章的纸，脱下兜裆布，等着轮到自己。”可以说，在南京大屠杀中，没有不强奸的士兵。这种在光天化日之下明目张胆的强奸，若没有上司的同意，是干不成的。
对于日军的兽行，一位在南京的美国传教士在12月19日写道：“自守卫南京的中国军队崩溃到现在，一个星期过去了，这里一直是人间地狱。说起来这是一段使人极端恐怖的事，我不知道从哪里谈起，也不知道在哪里结尾。我从来没有听到或读到过像这样残暴的行为。强奸！强奸！还是强奸！我们估计每天晚上至少发生1000起，白天也发生许多起。如果进行抗拒或者似乎有某种不满，就会遭到刺刀或枪弹的捅射。我们每天都能记下数以百计的这种事件。人们都歇斯底里了，每当我们外国人一出现，他们就跪下磕头，乞求帮助。那些被怀疑为士兵的人以及其他人，已成百地，不，成千地被带到城外去枪毙。我们医院工作人员的自来水笔、表和钱被抢了三次，就连某些收容所中的可怜的难民也一而再、再而三地遭受抢劫，所有的钱都被抢走了，几乎只剩下最后一件衣服和最后一床被褥，而用不了多久，这些也可能保不住。每天上午、下午和晚上，妇女们都在被强行带走。看来整个日本军队都可以随心所欲地往来于任何地方，干任何勾当。”1938年1月3日，他又记述道：“今天上午来了另一位妇女，境况悲惨，经历可怕。她和另外四位妇女曾被日本兵抓进一个部队医院，日本兵白天要她们为自己洗衣服，晚上对她们进行轮奸。她们里面有两位每天晚上要被迫满足15到20个人的欲望，而长得最漂亮的那一位则要满足多达40个人。逃到我们这里来的这位妇女曾被三个日本兵叫到一处没有人去的地方，他们在那里企图割下她的脑袋，颈部的肌肉被割开了，但他们没有能切断脊髓。她假装已死，拖着自己的身子来到医院——这是日军兽行的许许多多见证人中的又一个。”
另一位在南京的外国人写道：“据几位精明的德国同事估计，强奸案例达两万起。我则以为至少8000次，当然，这只是最低限度的估计。仅以发生在金陵大学、我们的一些职员的住宅及美侨住宅内的而论，我就掌握了100多起强奸的详细记录，此外还有大约300起强奸案的可靠报告。可怕而痛苦的情形，简直使你难以想象。金陵大学校内被强奸者中，有年尚十一的幼女，也有年逾半百的老妪。在其他的难民群中，甚至72岁和76岁的老太太也被惨无人道地奸污了。在神学院内，17个日本兵在光天化日之下轮奸了一个妇女。事实上，有1/3以上的强奸案是在白昼发生的。”
具有悠久历史、风景秀美的六朝古都南京，在日军占领后，被阴森恐怖的屠杀、疯狂野蛮的抢掠、丧尽天良的奸淫袭击着，破坏着。一位外侨这样写道：“12月10日那一天，南京依然美丽如昔，还是秩序井然。今天，劫后的南京，满目荒芜，一片焦土，到处是破坏的痕迹……宛如人间地狱。”市内大部分房屋被破坏，商店被抢劫。日军闯入民宅抢劫财物，甚至连妇女身上所戴的饰物也不放过，往往抢后将房子烧掉。
田伯烈在《外人目睹中之日军暴行》中写道：“12月20日，星期一，暴行继续不已。全城大火蔓延。午后5时，我偕史密斯君乘车出外。城内最重要的商业区太平路一带，烈焰冲天，向南行，我们看见日本兵在店铺内放火。更向南行，我们看见日本兵忙着把东西装入军用卡车。青年会已起火，尚未波及附近的房屋，起火的时间显然不久。我们无心细看，匆匆前进。夜间，我从窗口眺望，14处火舌向天空飞腾。”南京最漂亮的建筑物交通部大厦，连同富丽的礼堂，都被日军放火烧毁。
《大公报》于1938年7月连载李克痕的文章《沦京五月记》，叙述当时南京的凄惨景象：“敌人又到处纵火焚烧房屋，尤以中华路、太平路、夫子庙等处为甚，烧得片瓦无存。往日的繁华街市，今日却变成了一片废墟。”
日本《中央公论》特派记者石川达三，目击了日军在南京的种种暴行，写了《活着的士兵》，发表在《中央公论》上，文章是这样写的：“坦克开进了城，无数敌军的尸体被压得稀巴烂……南京已成一片火海……大街上还躺着不少尸体，暴晒了好几天，已经发黑了。夜晚，狗和猫争先恐后地来啃尸体。其中有一具尸体（只）剩下骸骨，可是头发却没有拔掉……”；“在南京，硝烟、尸臭味、血腥味混杂在一起，横倒竖卧的尸体，身首分离，肠肚满地，南京简直成为人间最可怕的地狱”。