表面上看，金陵防线固若金汤，但孙馨远内心却充满焦虑。8 月 5 日，他在督-军-府召开紧急军-事会议，面对麾下将领，他强装镇定：“新华军虽占领浙省，但我金陵防线有长江天险为屏障，又有代英、高卢列强的支持，只要我们坚守三个月，必能等到援军！” 话虽如此，他却在会后悄悄召见了马登云与刘士林，私下叮嘱：“若防线被突破，优先保护我的安全，我们可退守赣省，再图东山再起。”
此时的孙馨远，早已没了早年扩张时的锐气。他深知东南军的短板：兵力虽有 3 万，但半数以上是临时拼凑的地方武装，战斗力薄弱；武器装备虽有代英制武器，但弹药依赖进口，一旦海上补给线被切断，便会陷入弹尽粮绝的境地；更重要的是，浙省起义后，东南军士气低落，不少士兵私下议论 “新华军优待俘虏，不如投降”，连马登云都曾向他抱怨 “士兵们无心作战，军饷拖欠三个月，连饭都吃不饱”。为稳定军心，孙馨远只好下令打开军火库，给士兵们发放银元，却没想到此举反而暴露了军火库的位置，被新华军特工精准记录。
8 月 12 日凌晨，新华军中路部队第 5 步兵师、第 1 装甲师抵达浦口外围。第 5 步兵师师长陈明远与第 1 装甲师师长赵刚在前线指挥部召开作战会议，两人都是新华军的悍将 —— 陈明远参加过鄂省战役，擅长攻坚；赵刚则是装甲部队的老将，对坦克协同作战有着丰富经验。根据张圣龄 “稳进低伤亡” 的指示，两人制定了 “先火力压制，再工兵破障，最后坦克冲锋” 的战术，力求以最小的伤亡突破第一道防线。
凌晨 4 点，三颗绿色信号弹划破夜空，新华军的炮击开始了。第 5 步兵师的炮兵营配备了 18 门 LP-20B 式 155 毫米迫击炮，这些迫击炮经过改良，射程达 12 公里，精度大幅提升。炮弹按照预先侦察的坐标，精准落在浦口的碉堡与机枪掩体上 —— 第一波炮击主要针对碉堡，155 毫米炮弹的威力远超孙馨远的预期，钢筋混凝土碉堡的顶部被炸开大洞，里面的马克沁重机枪瞬间被炸毁，士兵的惨叫声在阵地间回荡；第二波炮击则针对战壕，炮弹落在战壕内，砖石碎片与泥土飞溅，不少士兵被埋在战壕里，侥幸逃生的也吓得躲在战壕角落，不敢抬头。
“停止炮击，工兵连出击！” 陈明远通过望远镜观察到浦口阵地的防御工事已被摧毁大半，立刻下令。第 5 步兵师的工兵连共有 120 人，每人携带 2 个 “新华 - 1 型” 炸药包与 1 把工兵铲，在 10 辆 “25-XT”中型坦克的掩护下，迅速向浦口阵地推进。“25-XT”中型坦克的装甲厚度达 80 毫米，东南军的汉阳造步枪根本无法击穿，坦克上的 85mm 主炮还不时向残存的碉堡开火，为工兵连扫清障碍。
工兵连士兵李建国战后回忆：“当时我们趴在坦克后面，子弹从耳边飞过，心里却不慌 —— 坦克就是我们的盾牌。到了铁丝网前，我们把炸药包放在铁丝网下，拉响引信后迅速回撤，‘轰隆’一声，铁丝网就被炸出一个大洞。” 仅用 20 分钟，工兵连便炸开了三道铁丝网，还在战壕内开辟出一条宽 3 米的通道。
随后，第 1 装甲师的坦克率先发起冲锋，300 辆坦克排成整齐的队列，碾压过战壕与碉堡残骸，向浦口纵深推进。坦克上的车载机枪向四处逃窜的东南军士兵扫射，不少士兵见坦克冲来，纷纷扔下武器投降。马登云得知防线被突破，亲自率亲卫营前往前线督战，他手持马鞭，抽打逃跑的士兵：“不许退！谁退我杀谁！” 但在新华军的坦克攻势下，东南军士兵根本无法组织抵抗，亲卫营也很快被冲散，马登云只好带着少数亲信向后撤退。
上午 10 点，新华军完全占领浦口，俘虏东南军士兵 8000 余人，缴获重机枪 50 挺、迫击炮 20 门。陈明远在浦口设立临时指挥部，下令清点战利品，救治伤员，同时派侦察兵向长江南岸侦察，为进攻第二道防线做准备。而此时的孙馨远，在金陵城内得知浦口失守的消息后，气得砸碎了办公室的茶杯，他一边电令刘士林 “死守江岸炮台，若丢了炮台，提头来见”，一边紧急联系沪都租界的代英、高卢领事，请求 “出兵支援”。
新华军中路部队进攻浦口的同时，海军东南舰队也从长江口逆流而上，向金陵江面进发。东南舰队由 3 艘 1000 吨级炮艇（“新华 1 号”“新华 2 号”“新华 3 号”）与 2 艘 5000 吨级运输船组成，舰队司令是海军老将王海峰，他早年在青国的海军服役，后加入新华军，参与了羊城造船厂的炮艇建造，对长江航道了如指掌。
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