根据南京市档案馆档案资料记载，“七·七”事变前，南京拥有人口100余万，日军入侵前夕虽然流亡后方一部分，但到11月23日，南京尚“有人口约50余万”，如再加上十几万守城官兵和数万外地难民，总人口仍在60万以上。12月23日，日军占领南京后，对手无寸铁的南京市民和放下武器的中国军队俘虏，进行了惨无人道的血腥屠杀。1947年3月，中国政府国防部审判战犯军事法庭，经过一年多时间调查、取证认定，在日军南京大屠杀中，“被害总数达30万人以上”。设于东京的远东国际军事法庭也作出了大致相同的判决。该《判决书》指出：“在日军占领后最初6个星期内，南京及其附近被屠杀的平民和俘虏，总数达20万人以上……这个数字还没有将被日军所烧弃的尸体，投入到长江，或以其地方法处分的人们计算在内。”
南京大屠杀日军南京大屠杀基本可分为两大类，即：集体屠杀和分散屠杀。据不完全的统计，集体屠杀毁尸灭迹者达19万人之多。据中国审判战犯军事法庭对315起控诉案的查证结果，属集体屠杀而焚尸灭迹者共有28案，其中屠杀数在千人以上的集体屠杀案件有10起，它们是：1937年12月15日，在上元门外沿马路至鱼雷港江边一带，日军用机枪射死被捆的俘虏和老百姓达9000人以上。10月25日下午13时，中国军警2000余人为日军俘虏后，被解赴汉中门外，用机枪密集扫射，尚未死者悉遭活焚。12月16日下午6时，聚集华侨招待所之难民5000余人，被日军押往中山码头，用机枪扫射后，弃尸江中。12月16日，日军在大方巷难民区内，将青年单耀庭等4000余人，押送下关，用机枪射杀，无一生还。12月17日，在煤炭港下游之江边，日军对约3000名被拘禁者，初以机枪扫射，继将剩下的2000余人驱入一茅屋内，浇上汽油烧死。12月18日夜间，日军将被囚禁在幕府山的中国军民5.7万多人，以铅丝扎捆，驱集下关草鞋峡，然后用机枪射杀，其尚能挣扎者，均遭乱刀戳毙，并将全部尸骸，浇以煤油焚化。12月间，在城外宝搭桥及鱼雷营一带，日军屠杀中国军民3000人以上。12月间，日军在上新河地区屠杀中国军民28730人。12月间，难民和被俘士兵7000余人，在南门外附近凤台乡、花神庙一带被日军枪杀。12月间，日军在燕子矶滩屠杀难民和解除武装的士兵5.5万人以上。
除集体屠杀外，日军零星的分散屠杀更是不计其数。据中国战犯审判军事法庭《谷寿夫战犯案判决书》附件记载，除上述10起集体屠杀案外，还有有据可查、规模不等的屠杀事件870余起。据不完全统计，分散屠杀人数至少在15万以上。
12月13日南京城沦陷以前，日军主要在东起栖霞、龙潭，西至板桥、双闸，南从六山、牛首，北达长江北岸和浦口的广大郊区农村进行屠杀。凡是日军所到之村镇，都染有中国人民的鲜血。如江宁汤山镇许巷村近200户人家，就有100多个年轻人被日军刺死。由城里逃难到沙洲圩的南京烟草公司经理马明福一家6口，及其亲戚7口，外加本村50多人，也都惨死在日军的屠刀下。日军对南京市区的屠杀是从12月13日占领南京市区以后开始的，先是在南京各城门内外，大肆屠杀；然后，杀向市区大街小巷。日本东京《日日新闻》随军记者铃木二郎揭露说：“从光华门北上，走向中山东路，在光华门马路两边，看到接连不断的散兵壕，都填满了烧得焦烂的尸体，马路中间横倒的许多木柱下面，压着的都是尸体，四肢断折飞散，有的缺肢少腿，身首异处，不啻是一幅地狱图画。”
日本兵在南京城内任意屠杀中国的儿童。一个外国证人说：“中国人像兔子似的被猎取着，只要看见那个人一动就被枪击。”中国军事法庭在《谷寿夫战犯案起诉书》中，对日军的这类杀人暴行作了描述；“吴学诗等拉夫不从被杀，李又名等完成夫役亦被杀，殷德才等见放火施救即被杀，张贡才见燃烧民房哀求亦被杀，又李孙民之被杀，以其避难于防空壕中，韩马民等数十人之被杀，因强索柴米之告罄；又向赵陆氏等索姑娘不获杀之，强奸周张氏等不遂杀之，强奸或轮奸杨刘氏等后又杀之；又张世雄等因护子女而被杀，王三毛见父母被害号泣而被杀。”
在南京大屠杀中，日军常用的手段有枪击、刺杀、砍头、刀劈、剖腹、挖心、水溺、火烧、狗咬、活埋、锥刺、摔掼、活靶、宫刑、穿刺阴户和肛门等等，屠戮手段之残忍，也许在原始社会时期也不曾有过。
家破人亡在素以残杀中国人著称的日军第16师中，有2个少尉军官向井敏明和野田毅，在其长官鼓励下，进行所谓杀人比赛。约定在占领南京时，看谁先杀满100人，谁就是胜利者。他们从句容杀到汤山，向井杀了89人，野田杀了78人，因未满100人，“竞赛”继续进行。12月10日，两人相遇在紫金山下，野田说：“我杀了105人”，向井说：“我杀了106人。”由于确定不了是谁先杀满百人之数，于是决定再赌看谁先杀满150名中国人。12月11日，比赛继续进行。对这些杀人魔王的暴行，日本报刊不仅不予谴责，反而以“百人斩大接战”，“百人斩超记录”的标题予以宣扬。日本侵略军不顾国际公法和国际正义，竟灭绝人性地以南京市民作其射击、刺杀的靶子，传授杀人技术。他们或将被害者绑悬树梢、电杆上，以枪瞄准射击；或者迫使被害者排成一行，然后由一个或数个日本兵端着上了刺刀的步枪，一齐朝他们身上刺去，其余日本兵则在一旁观看；或者将被害者绑在木柱上，一个日本兵用军刀劈杀，其余均在旁观看、效法。日军第114师重机枪分队一等兵田所耕三就曾对人说过：“我在城里扫荡过‘残敌’，把俘虏绑在树上，军官们一面教导我们怎样枪杀和刺杀的方法，一面把他们弄死。军官和下士官把蹲在挖好的坑前的俘虏脑袋砍下来。我吗，那时是二等兵，只让我用刺刀刺……这样的屠杀在城内外一连进行了十天左右。”