進城兵力約50000人，執行軍紀維持的憲兵卻僅有17人的日軍除了個別地或小規模地對南京居民隨時隨地任意殺戮之外，還對中國人，特別是解除了武裝的軍警人員進行若幹次大規模的“集體屠殺”。大規模屠殺方法有機槍射殺、集體活埋等，手段極其殘忍。
1937年12月15日（日軍占領第3天）：已放下武器的中國軍警人員3000余人被集體解赴漢中門外用機槍密集掃射，多人當場遇難。負傷未死者亦與死者屍體同樣遭受焚化。
12月15日夜，押往魚雷營的中國平民及已解除武裝的中國軍人9000余人被日軍屠殺。又在寶塔橋壹帶屠殺3萬余人。在中山北路防空壕附近槍殺200人。
12月16日（日軍占領第4天）：位於南京安全區內的華僑招待所中躲避的中國男女難民5000余人被日軍集體押往中山碼頭，雙手反綁，排列成行。日軍用機槍射殺後，棄屍於長江以毀屍滅跡。5000多人中僅白增榮、梁廷芳二人於中彈負傷後泅至對岸，得免於死。日軍在四條巷屠殺400余人，在陰陽營屠殺100多人。
12月17日（日軍占領第5天）：中國平民3000余人被日軍押至煤炭港下遊江邊集體射殺。在放生寺、慈幼院避難的400余中國難民被集體射殺。
12月18日（日軍占領的第6天）夜，下關草鞋峽。日軍將從南京城內逃出被拘囚於幕府山的中國難民男女老幼***57418人，除少數已被餓死或打死，全部用鉛絲捆紮，驅集到下關草鞋峽，用機槍密集掃射，並對倒臥血泊中尚能呻吟掙紮者以亂刀砍戮。
事後將所有屍骸澆以煤油焚化，以毀屍滅跡。此次屠殺僅有伍長德壹人被焚未死，得以逃生。大方巷難民區內日軍射殺4000余人。
後世紀念：
2014年2月25日， 十二屆全國人大常委會第七次會議審議全國人大常委會關於確定中國人民抗日戰爭勝利紀念日的決定草案和全國人大常委會關於設立南京大屠殺死難者國家公祭日的決定草案。
2014年2月27日，中國十二屆全國人大常委會第七次會議表決通過決定，將12月13日設立為南京大屠殺死難者國家公祭日。中國以立法形式設立南京大屠殺死難者國家公祭日，表明中國人民反對侵略戰爭、捍衛人類尊嚴、維護世界和平的堅定立場。
2017年2月2日，加拿大安大略省議會正審議將每年12月13日設為南京大屠殺紀念日的法案。報道稱，雖然當地的日本文化會館發起反對法案的簽名征集活動。
2017年10月27日，加拿大馬尼托巴省議會通過把每年12月13日設為該省“南京大屠殺紀念日”的議案。