因为方山实在是不大，在对那些国防工事加固的同时，一五九师的师长谭邃还在山腰修建了一道工事，派了四七五旅的九四九团在这驻防，目的是护卫山顶的永固炮台工事。在山顶除了炮台工事外，其余的堡垒、战壕中有九五零团在驻防。
    师部和四七六旅放在了江宁县城里，以城墙为依托，建起了防御工事，师里的迫击炮全部在城墙上的掩体工事里安放，用以打击日军进攻的步兵。一五师将要面对的是日军第三师团和第二十二师团，这二个师团虽然没有重炮相助，可二个师团的炮兵联队也是不容小视。
    在大胜关与日军交火后，牛首山阵地也受到了日军的攻击。牛首山阵地上自邱维达的一七二旅撤回来后，兵力己达到了三个旅。顶在最前面的是一七四旅，旅长吴继光把三四三团和三四四团以营为单位分别守卫在山脚上的第一道环型工事里。
    攻击牛首山的是日军一零一师团，师团长伊东政喜中将把一零一步兵旅团派作了主攻部队，一零一步兵旅团的旅团长佐藤正三郎少将，在面对山脚下的环型防御阵地时，采用了重点突破，左、右牵制的方法。他以一个联队对正面一段一百米宽的阵地进行重点进攻，以另一个联队对这段重点进攻的阵地两边做牵制性攻击，让这段阵地
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