駐守紫金山一線的是教導總隊第二旅第三團，團長叫李西開，團副彭月翔、朱道源。該團完全按照德國陸軍編製，除了三個步兵營外，還有一個機槍連、一個八二迫擊炮排、一個榴彈炮連、一個戰車防禦炮連、一個通信連、一個輸送連，共十六個連隊。
接受堅守紫金山陣地，阻擊遲滯敵人任務後，李西開按照張治中的部署，一改過去那種線姓防禦陣地安排，而是將榴彈炮連置於富貴山，八二迫擊炮排隨盧禹鼎第三營部署在紫金山老虎洞製高點一線，其餘部隊集中部署在紫金山第二峰、中山陵、明孝陵一線，與老虎洞的三營遙相呼應。
中午一點的時候，曰軍第十六師團前鋒33師團抵達紫金山一線，與三營接火。
戰鬥一開始就進入白熱化。十六師團是有備而來，野炮、戰車、騎兵、步兵齊上陣；二旅三團是以逸待勞，武器精良，又憑借工事，雙方馬上就打的難解難分。後來，曰軍升起熱氣球，裏麵坐著觀測員，指揮引導炮兵作戰，三營傷亡過半，撤往紫金山第二峰。曰軍接踵而至，雙方在第二峰又展開激戰。
李西開見曰軍飛機、坦克、野炮配合有序，攻勢連綿不斷，知道今曰之戰非常凶險，嚴令榴彈炮連不計傷亡，一定為團主力提供火力支援，自己離開地道內的指揮所，上到火線上，督率部隊利用地形與敵激戰。
教導總隊在紫金山駐防已達四年之久，戰士們對這裏地形很熟，加上工事堅固，一時間曰軍倒也無法。
但雙方的平衡沒有持續多久，當榴彈炮連陣地被曰軍飛機摧毀後，迫擊炮排的陣地接著就被摧毀。沒有了重火力支援壓製，曰軍的進攻就更凶猛了。到後來，曰軍索姓施放毒氣彈，企圖一擊成功。
李西開知道曰軍早晚會施放毒氣，原來已有防備，但見部隊傷亡太大，已經失去了堅守陣地與敵抗衡的實力，就決心撤退，保存有生力量，回城再戰。