1937年7月7日抗日战争爆发后，唐生智兼任军事委员会警卫执行部主任，9月8日国民政府令大本营军事训练总监唐生智兼任军法执行总监。11月12日上海失陷，日军直扑南京，蒋介石在会上询问众将对防守南京的看法，李宗仁和白崇禧从军事角度上均不主张固守南京。蒋又问唐生智，唐则忽然起立，大声疾呼：“现在敌人已迫近首都。首都是国父陵寝所在地，值此大敌当前，南京如不牺牲一二员大将，我们不仅对不起总理在天之灵，更对不起我们的最高统帅。本人主张死守南京，和敌人拼到底！”唐的一席大话，正是大敌当前的危机之时，很有大义凛然的气势。蒋介石听罢唐言，大喜过望，立即委任唐为南京城防司令。唐更慨然受命，誓与南京共存亡。李宗仁当时感到唐大有张睢阳嚼齿流血之概，很不以为然。李宗仁便若有讽刺地翘起大拇指，对唐说：“孟潇，你真了不起啊！”唐则反唇相讥：“德公，战事演变至此，我们还不肯干一下，也太对不起国家了！”，他当面向蒋介石保证“临危不乱、临难不苟”，表示“没有统帅命令决不撤退，誓与南京共存亡”，19日蒋介石手令唐生智为南京卫戍司令长官，20日到职，24日国民政府特派唐生智为南京卫戍司令长官，所辖部队十一个师加教导总队共十一万，分外围阵地和复廓阵地两个梯次配备，决心一战。11月25日，日军分三路向南京进逼，12月5日外围战打响，7日日军向南京复廓阵地逼近，至9日战况更加激烈，日军松井石根向卫戍司令长官唐生智劝告交出南京，唐生智命令将各部所有船只尽数收缴，以作背水一战。

日军劝降不成，10日开始对南京总攻击，唐生智冒敌机轰炸指挥中国守军对抗日军进攻，坚持不进地下室，在百子亭寓所指挥作战，11日全线展开激战。11日晚蒋介石命唐生智乘机撤退，但唐未向城外军队下达撤退令，故城外部队不知撤退之事，一直苦战，当时死守雨花台中华门，失守后退，碰到宋希濂。宋希濂说唐生智有死命令，后退者杀无赦。李弥无奈又杀回去。12日敌猛攻南京光华门、和平门，雨花台失守。下午唐生智下令撤退，确定“大部渡江，一部突围”的原则，唐生智出城用预留的一艘汽艇渡江北逃，部队因无船渡江，原撤退计划未能实现，各军只得冬泳渡江，溺死者不计其数，不会游泳的只好脱掉军装混入百姓队伍。13日日军入城后进行了惨绝人寰的“南京大屠杀”，被惨杀者达三十万人，世界震惊，唐生智乘车抵滁州，后转汉口见蒋介石引咎辞职，并未置议。

而据史料记载：国民党守军12日夜开完撤退会议后，部分国民党开会的高级军官开完会后便独自悄悄的逃过江，他们只是携带自已的金银逃跑，根本没有通知自已所属的部队。在南京大屠杀中，有八万多中国战俘被日军屠杀。

1966年5月“文化大革命”开始后，唐生智受到冲击。1967年1月开始，林彪、江青反革命集团诬陷军委副主席贺龙，逼唐生智检举刘少奇、贺龙的所谓“罪恶”，他坚贞不屈，坚决抵制，他们见唐不肯就范，便恼羞成怒，其中一人从腰间掏出手枪，往桌上一摔，吼叫：“你讲不讲，不讲，我毙了你!”唐一听“毙了你”三字，顿时火冒三丈，撩开衣服，拍着胸膛，走到那人面前说：“小子!你冲着这里来吧!老子南征北战，枪林弹雨都走过来了，几时怕过死!”。造反派把唐生智抓到省政协关押起来，继续逼审，整整关了十个月，身心受到巨创，1968年4月，当时正在接受审查的唐生智从报上看到程潜去世的消息，感慨地说：“颂公死得值得，周总理和其他中央领导都出席了追悼会。”这话被汇报到了造反派那里，省政协的一个造反派头头，竟跑来打了年已八旬的全国政协常委、全国人大常委唐生智一记耳光，还责骂：“你还想这种待遇么？”。1970年4月6日，唐生智因肠癌复发不治逝于长沙，终年82岁，1981年，党中央恢复唐生智的名誉，承认他为革命的领导干部，委托湖南省委重新为唐生智召开追悼会，邓小平、王震等中央领导送了花圈，湖南省委对他追求真理、爱国爱民的一生作了盖棺论定，并在悼词中特地提到力保贺龙的惊人功绩。