1937年12月13日，时为国民政府首都的南京城沦陷，部分官员弃城逃亡，但仍有许多官兵留守，誓死保卫这个大厦将倾的城池。
宋锡濂部军官陆剑雄（刘烨 饰）协同战友与日军展开了激烈的巷战，他们微弱而顽强的抵抗最终被压制，数以万计的中国军民成为俘虏，在枪炮声中血染长江；金陵女子学院安全区，女教师姜淑云（高圆圆 饰）奔波往复，尽力帮助和拯救所有来此避难的同胞，但兽性大发的日军早已虎视眈眈盯上了藏身于此的妇女；拉贝的秘书唐先生（范伟 饰）小心应付，委曲求全，为了保护家人而做出错误的选择，他也为此付出代价；舞女小江（江一燕 饰）纵使逃亡避难也不愿抛却女性的柔媚，她在关键时刻的选择则在其女性的外壳下注入一份刚强；日本人角川（中泉英雄 饰）随部队进驻这个千疮百孔、破败不堪的城池，在这个人间炼狱，他的心灵感受到前所未有的巨大冲击。
狼烟滚滚，血流成河，大时代的背景下，人们既要承受时代的无情给予，也要做出攸关命运的痛苦抉择……

1937年，日军入侵南京，战火中，六朝古都化为废墟，众多中国军民被困城中。一支十数人的国军德械教导队余部在长官李教官（佟大为 饰）指挥下，从日军手中救出了一批教会学校女学生，而李教官等人，至此丧失了出城的机会。幸免于难的书娟（张歆怡 饰）等学生返回文彻斯特教堂，随她们一 起来到的，还有受雇远道至此收敛神父遗体的美国人约翰·米勒（克里斯蒂安·贝尔 Christian Bale 饰）。此时的南京城中，逃难的人们蜂拥进安全区和教堂寻找庇护，十四名风尘女子强行进入教堂避难，其中精通英语的玉墨（倪妮 饰）希望借助约翰的身份为一行人提供更多保护。教堂的墙壁，并不能阻挡日军的铁蹄，教堂内的人们，将面临孰生孰死的选择……