11月24日（农历十月四日），也就是张勋荣任江苏巡抚之后的第四天，江浙联军黎天才部率先进攻乌龙山。江防军驻守此处的一营人马抵挡不住，当即溃败。张勋急派周干臣率三营兵力往援，但刚出城，就碰上从乌龙山回窜的败兵。周干臣知道夺回乌龙山阵地无望，只好率队扼守幕府山，堵截黎天才来路。黎天才乘胜猛攻幕府山。周干臣坚守半夜，三营人马死伤大半，不得不弃阵回窜。此时，张勋部下的参将张玉山又率领二营水师起义归附了黎天才。黎天才部兵威更加大振。幕府山为南京屏蔽，失之，则南京大危。张勋闻幕府山失守大怒，急令赵会鹏、李辅庭率队反攻，誓死夺回该阵地。赵、李与黎天才部在宝塔桥地方遭遇，大战一昼夜，彼此势均力敌，各无进展。
就在幕府山大战的同时，徐绍祯率联军主力部队攻袭孝陵卫。孝陵卫守将王有宏率部与之激战两昼夜，联军渐形不利，前锋稍却。王有宏大喜，一马当先，率队追击。王有宏是获得过赏穿黄马褂的崇高荣誉的记名提督，他的思想境界恰和张勋一模一样，而且还有一点连张勋都比不上的是，为了表示他对君恩的感铭不忘，他竟然一年四季红顶花翎黄马褂永不离身。连打仗的时候，他也是这番打扮。可是，没想到这一回，他那副提督行头恰恰向对方提示了射击的目标。于是，联军阵前官兵一齐把枪口对着他猛烈射击，当即把他连人带马击毙在阵前。卫兵冒死将其尸体抢回，发现他身上足足中了一百几十发枪弹，已被活活打成了一摊肉浆。联军见江防军大将毙命，士气顿时大振，迅即挽回了颓势，攻下了孝陵卫。王有宏残部退入城内。张勋目睹王有宏残躯捶胸大哭，如失骨肉，痛惜不已。
徐绍祯攻下孝陵卫后，接着转攻紫金山天保城。张勋命赵会鹏、李辅庭、周干臣三名管带各率江防军一营，另派铁良的旗兵一营，携大炮20门，机枪60挺扼守。联军组织敢死队轮番冲击，死尽一队又编一队。连续突击两夜，江防军枪炮弹绝，无法再守，只得弃阵逃进南京城。这时，除了张文生镇守的雨花台阵地之外，南京城外其余所有屏蔽全被联军扫除，南京城已赤裸裸地暴露在联军的枪炮口下。人人皆知大势已去，事不可为，军心已经动摇。然而，张勋仍不肯罢休，竟冒着炮火亲临各主要阵地督战，以激励士气。
在张勋的忠勇顽强的精神影响下，被联军的攻势吓得胆战心惊的张人骏和铁良，也不得不装出一副勇敢坚定的样子，带着卫队登上北极阁，用望远镜？望四周阵势。但望远镜还刚刚举起，一发炮弹就在北极阁旁爆炸，当场炸死随从侍卫数人，血肉横飞溅满了张、铁二人的袍服，北极阁也被震塌了一角。张、铁二人幸未受伤，但已吓得呆若木鸡，心里想命令卫兵掩护赶快撤离，口里却说不出话来，脚下也挪不动步子。几名幸存的亲兵只好不管三七二十一，一拥而上，把两名大老爷像抬死猪般迅即抬到了事先已联系好的日本驻宁领事馆。次日，即由日本人保护上船，逃往上海去迄。走时，连招呼都未跟张勋打一个。
张勋闻知二位大爷临阵脱逃，不禁大怒，立即专电劾奏，并跳脚大骂道：“妈那个巴子，平日里一个个全都自吹是大清忠臣，什么鸡巴忠臣？全是他妈的怕死鬼！”不日，又有朝旨电达，宣布革去张人骏两江总督之职。补授张勋为署理两江总督，并授南洋大臣，世袭二等轻车都尉。张勋旬月之内，接连升任巡抚、代理总督兼南洋大臣，并得子孙世袭之职，虽然都已有名无实，但张勋仍然感到，这回总算遂了自己的终生之愿。
这时候，迫于形势的压力，志大才疏、懦弱无能的监国摄政王载沣已经重新起用当年被他驱逐出朝廷的袁世凯任内阁总理大臣，自己则回家抱孩子去了。现在，袁世凯已成了事实上的新任大清帝国摄政王。袁世凯对于张勋，历来是又用又忌。此时，他的这一基本态度并没有什么改变。他在11月16日刚刚组成责任内阁，就收到张勋的告急求援电。他当时还希望张勋能够守住南京，因此，一面任命他为江苏巡抚，以鼓其干劲，一面命令其坚守待援。他也确实准备调当时驻在山东的北洋军第五镇南下赴援。但因当时山东形势也危机四伏，第五镇无法抽身，直到张勋奏报总督张人骏、将军铁良弃职出逃，他还没有想出一个解决南京危急的办法。眼看孤城失陷已成定局，张勋若再死守，必致全军覆没，他才一面任命张勋代理两江总督，南洋大臣，以慰其心，一面如实说明江北已无援军可调，并委婉地建议张勋相机放弃南京，保存实力，北撤至徐淮一带，向山东境内的北洋第五镇靠拢，以共同阻止革命军北上，作为北方屏蔽。
张勋本已下定决心誓与南京共存亡。接到袁世凯的撤军令后，他才改变了主意。他请美国某传教士出面与革命军调停，表示愿意和平让城，请革命军停止进攻。江浙联军向他提出两个条件：
一、江防军必须全部缴械；
二、江防军必须向联军交出所劫去的藩库存银80万两。张勋表示，这两个条件都可以考虑，但必须容他有个内部措商的余地。联军信以为真，果然放松了攻城，单等张勋最后回话。谁知就在这天夜里，他老先生却率领全城守军携带全部装备和所劫财物，偷出汉西门，急急渡江遁去，一点什么礼物也没给联军留下。等12月2日早晨，联军发现城内已成一个军事空洞时，才知临到胜券在握，还中了张勋一个小小的缓兵之计，让一只煮熟了的鸭子都给飞跑了。
从11月上旬扑灭第九镇新军起义到12月初败退，张勋督率所部总共不过5000人（其余驻安徽和苏州等处原归他指挥的部队已全部投降革命军，与他脱离了关系），与革命军数万之众硬是抗衡了近1月之久。江防军的作战能力和张勋的胆魄即此可见。
败退兖州重振威，誓不剪辫谋讨袁
江浙联军在围攻南京时，曾扬言要活捉张勋的小妾卞小毛到队前犒劳三军。这既是故意辱骂张勋，却也充分说明了小毛子的知名度之高。因此，张勋在撤军前，曾命管带苏锡麟率所部骑兵营护送他的姨太太和江防军其他军官家属先行渡江，随即乘车送往天津安顿，并进京谒袁世凯汇报江防军战况。
当时张勋带在身边的姨太太有邵雯、傅筱翠和卞小毛三位。三位姨太大均尚未生育，但卞小毛已率先怀孕在身。由于卞小毛和邵、傅不和，因而进城之后张勋仍然将她单独纳于金屋储之。特别是她在张勋已58岁之际率先为他喜结蚌胎，更使张勋对她爱得要死要活。然而，苏锡麟安排家属撤出时却不知张勋家有二室，而邵、傅二妾却故意暗中撇开卞小毛就向苏声称全家已准备停当。苏锡麟一时疏忽，也不便检查主帅家庭内务，单听邵、傅一声令下，他就率队开拔，结果，就把个小毛子遗漏在下关张勋的储娇金屋里。而张勋督率江防军大队撤退时，又以为家属早已全部妥迁，也就没有再去注意。直到退至徐州安下大营，才听说小毛子已陷敌手。气得他顿足捶胸，大骂苏锡麟混账王八蛋。但他也知道苏锡麟实际上是一名对他忠心耿耿而又善能办事、敢打硬仗的骁将。因此，他骂归骂，实际上并没有惩罚他。
联军在下关捕获小毛子后，上海都督陈其美建议把她押往上海，作为一件奇妙的战利品陈列于当时上海最热闹的公共游乐场――张园，供人们参观，每人收门票4角。他说上海人素来好奇，一定会万人空巷前来参观，估计起码可以筹集到军饷10万元以上。但联军总司令徐绍祯回电说：“革命军仁者之师，不宜有此儿戏之举。”他把小毛子安置在门帘桥清朝候补道陈善家里，随后又派津浦路局局长陶逊把她送到徐州，交还给了张勋。张勋不禁大喜过望，亲自到车站迎接，并大张盛筵款待陶逊，极口称谢徐绍祯深仁厚德。陶逊南返时，他还把江防军所扣押的蒸汽机车40辆和80节客货车厢还给了津浦路局，作为谢礼。
南京为六朝古都，长江下游重镇，历代兵家必争之地。革命军攻克南京后，这里便成了革命党的政治中心。在此之前，独立各省军政府代表曾为召开会议讨论建立革命军临时政府的地点问题，发生多次争议。当时一部分代表主张在武汉开会，一部分代表则主张在上海开会，彼此闹得不可开交。自南京攻克后，便一致主张将会议地点移至南京。到1912年1月1日，孙中山在这里宣誓就任中华民国临时大总统，南京遂成了中华民国临时首都。于是，张勋的江防军成了民国首都正面的最重要的敌对力量而继续成为革命军进攻的重要目标。
张勋早在率江防军北撤至徐州途中，就一路遭到江浙联军和安徽革命军的追击。到达徐州后，革命军仍咬住他不放，必欲灭之而后快。江防军困守南京苦战近月早已疲惫不堪，接着又遭追击，盘踞徐州后仍无一日安宁，渐渐地已现出力绌不支之势。张勋只得连连飞电袁世凯，请求救援。但此时，由于革命军已在胶东半岛开辟新的战场，整个胶东地区的登州、黄县、文登、荣城、牟平、诸城、益都、高密、即墨等县均已落入革命军之手。山东形势一时紧张异常。袁世凯实在无从调动大批兵力南下援张。但他又希望张勋能替他守住苏北所剩的惟一战略要地徐州，因此，他只得命令山东兖州镇总兵田中玉出兵南援徐州。
但田中玉拥兵自重，不愿为张勋保守地盘而损耗自己的实力。他一面向袁世凯回电表示即刻出兵南援，一面却只是象征性地派出几营部队南移至韩庄、利国驿一带即不再前进，隔着省界坐观张勋与革命军苦苦奋战。
这时，江防军各营官兵已怨声鼎沸，他们说：“山东兵坐着享福，单叫咱江防军孤军苦战，这是什么道理？朝廷见危不救，咱何苦为它卖命？”一些贴心的军官也纷纷向张勋进言，请求大帅设法保存实力，否则本钱拼光，后果不堪设想。张勋起初还故作镇定，呵斥部下“不得胡说！”但不久，他自己终于沉不住气了。他把张文生和万绳木式召到跟前说：“妈那个巴子，你们去准备准备。老子也不打了。”但是，他这指示过于原则。张文生和万绳木式一时不明白他是怎么个“不打”法。因为根据当时的形势，要想不打，还有两条路可走，一条是宣布率师反正，投入革命队伍（最起码是假装投入），摇身变为一支“革命军”，那么按照当时的规律，这支军队所有的军官都可以保持原有地位，到时候再趁势抢占一块地盘，便又可成为权重一方的草头王；另一条就是继续北撤。而这两步棋对于张勋来说都不是那么轻松的。如走第一条路，他便不成其为大清皇朝的忠臣了。而如果走第二条路呢，他就必须退入山东。山东不属于两江总督管辖范围，那他就不得不沦为一名失去地盘寄人篱下的逃亡总督，通常就可能失去既得的权力地位，从此一蹶不振。所以，文武两条汉子都眼愣愣地看着他，不知该如何去“准备”为好。
“妈那个巴子，还愣着干啥？往北，抢占鲁南！把他妈那个田中玉小子撵走！他想坐观老子完蛋，老子倒要叫他看个痛快！”张勋沉着脸愤恨地说。
“可是，没有朝命，革命军又还没发动攻城战……大帅您怎么向上面交待呢！”
“妈那个巴子，你们就不会给老子制造点理由吗？”
于是，张文生、万绳木式心领神会，彼此相视一笑，点头而退。当天夜里，徐州城里就有两营江防军“炸营”。士兵们冲出营房，满街呼魂唤鬼，敲门砸窗，强奸妇女，见啥抢啥，各级军官到处鸣枪示警，厉声宣禁，假装约束不住，任凭乱兵们稀里哗啦闹了一夜，黎明时分，冲出北门纷纷北逃。张勋一面派兵“追缉”，一面立即致电袁世凯，声称“孤军无援，饷械两绌，兵士不堪其苦，已生变乱。革命党攻势咄咄，徐州势难保全”云云。
袁世凯得着张勋电报的同时，徐州商绅各界代表也纷纷电达江防军“炸营”情状，从侧面替张勋的报告作了证明。袁世凯便不能不相信张勋所报属实。但他仍不愿失去徐州，一面严令张勋赶快平息事态，坚守待援，一面令山东巡抚张广建火速派兵援徐。张广建正为胶东头痛，哪有精力南顾？只得转令台儿庄驻军分统李奉选就近率部移驻徐州。但李奉选部移防时，突然宣布起义响应革命军。张勋得到袁世凯坚守的命令，又加有援军到来，本已处于进退两难的境地。这回李奉选部突然“附逆”，恰好给他找到了一个溜之大吉的理由。于是，他便立即掉头北向，没命地窜入山东。数列火车一口气开到兖州，张勋大摇大摆地闯进了田中玉的总兵衙门，阴沉着两脸冷笑说：“田将军，本部堂为您足足守了三个月的南大门，这回可得看您怎么犒劳口罗！按说呢，着狗守门也早该赏几根骨头！您田将军久驻礼义之乡，这点道理总该懂得吧？”
田中玉官小，过去张勋远在徐州的时候，因为他不归张勋管辖，所以还敢给他使点刁。现在张勋一旦来到他面前，把那副总督架子一端，他便不能不两腿发抖，蔫蔫地矮下去了半截。他点头哈腰表示要给张勋让出衙门，自己搬到民宅里去办事，并老老实实地向张勋介绍管区内的军、政情况，大张盛宴“欢迎”总督、钦差张大人光临兖州下辕。从此，他侍奉张勋如亲爹，乖乖地把整个鲁南的统辖权一股脑儿全交割给了这位蛮不讲理的莽大爷，但内心里却因为张勋的鸠占鹊巢而恨得切齿咬牙。
张勋退出徐州之后，江苏革命军第三师冷？部随即进驻。整个山东南线便完全失去屏蔽，直接暴露在革命军的刀锋之下。张勋虽然暂时摆脱了徐州之围，但形势依旧危急。他一面飞电袁世凯要求紧急扩军和增援，一面命田中玉率所部统统开到鲁苏边境的韩庄去顶革命军的头道炮火。过去，田中玉想坐观张勋替他抵炮火，现在他却不得不反给张勋捉住任意摆弄。这真把他弄得哭笑不得。他只好一面在张勋面前假装恭顺，一面却暗中连连向张广建诉苦，希望张广建能通过袁世凯把张勋这名“败军之将”调离兖州。张广建在对待张勋的问题上态度和田中玉是一致的。他也对张勋侵入他的势力范围感到非常不满。但他毕竟比田中玉更有见识。他十分清楚，张勋的江防军比田中玉的防营更有实力。在目前这种情势之下，有个张勋在鲁南替他坐镇一阵，比把张勋弄走更为有利。况且从长远来看，要把张勋撵出山东，最好的办法还是让他自己重新打回江苏去。因为革命军的主力毕竟在江南，只要张勋能占领江北，就替他在山东南边筑起了一道屏蔽。这样一想，他就觉得不仅暂时把田中玉扔给张勋驱使一段时间是必要的，而且他还必须支持张勋扩军求援的呼吁。他一面致电田中玉，令他暂听张勋指挥，毋得妄议，一面急电袁世凯附议张勋的请援。他在电报中威胁说：“如东省不能撑持，则北方势弱，大局可危。”
袁世凯并非不知山东的重要，只是他手头确实拮据，才致反复拖延对山东的援救行动。现在得着张勋、张广建接连来电，形势危在眉睫，他再也不能拖延了。于是，只好拿出刚逼迫满族亲贵们捐献的百来万两私银和隆裕太后捐出的8万两黄金中的一部分，发给张勋，命他把江防军扩充为40营，并拨给战马千匹、“曼利夏”步枪1万枝、子弹4亿发、大炮20门、炮弹2万发以及相应兵额的军需物资和饷银等等。同时，还从直隶抽调出10营军队，紧急开赴鲁南。也归张勋统辖。这样，张勋的兵力迅即增到50营，不久再扩编为60营，2.5万余人，饷械充足，声势重又大振。
眼看张勋已有力量顶住江苏革命军的进攻，而胶东形势却愈益吃紧，山东巡抚张广建商得张勋同意，将田中玉及其所部调至济南，并任命田中玉为北洋第五镇统制（不久后改称师长）。他从此集中精力专与胶东革命军对抗，整个鲁南便完全成了张勋的领地。
1912年2月，张勋刚在兖州立稳脚跟，清廷就以末代皇帝溥仪的名义，于当月12日下诏退位。接着，孙中山于14日宣布辞去中华民国临时大总统之职，南京参议院于15日选举袁世凯为临时大总统。整个中国在名义上正式统一成了“民主共和国”。
国家的改朝换代，使得一大批清朝遗老遗少树倒猢狲散，一个个惶惶如丧家之犬。他们有的流落到大连，有的流落到青岛，有的钻进天津外国租界当起了寓公。隆裕太后则带着七岁的小皇帝龟缩进深宫，根据中华民国政府的《清室优待条件》，享受外国君主之礼遇和每年400万元的生活费待遇，过起了封闭式的小朝廷生活。这种变化，使得张勋在精神上受到了极大的震撼。他的心理一下子几乎失去了平衡。他历来以大清皇朝的耿耿忠臣自任。可是，现在大清皇朝倒台了。按照当时的客观情势，他只有两条路可走：要么效法伯夷、叔齐义不食周粟的故事，也像某些遗老遗少一样，躲进某个安全港里去当寓公；要么跟着袁世凯大总统进入中华民国去当“国民革命军”的将领。就他本心意愿而言，他自然绝不肯跟着袁世凯背叛大清皇帝去当什么“民国”官员。慈禧太后在生之年，他曾在宫中警惕过袁世凯的叛逆可能。如果袁世凯的叛清行径发生在当年，他肯定会毫不犹豫地冲上前去割下他的肥脑袋。但现在他却眼瞪瞪瞅着袁的叛逆而无能为力。因此，在得到清帝退位以及袁世凯通电“赞成共和”并充任民国临时总统消息的最初时刻，他曾经在一时激愤之下向袁世凯发了一份辞职电报。声言他要“解甲归农”，回老家江西奉新种田去。这显然是无可奈何地向袁世凯表示的一种委婉的抗议和思想上的不协调态度。