对于俘虏，第十六师团师团长中岛今朝吾在其日记中记述说:“基本上不实行俘虏政策，决定采取全部彻底消灭的方针”
1937年12月10日，日军向南京城发起总攻击，第十六师团的主攻方向为中山门。要占领中山门，必须先占领中山门外的制高点紫金山。
12日，第十六师团步兵第三十三联队在重炮的掩护下，向紫金山顶峰发起攻击，战斗异常激烈，紫金山上一片火海。经过激烈的战斗，日军在付出沉重代价后占领了紫金山主峰。
1937年12月13日凌晨，第十六师团步兵第二十联队占领了中山门。当天，该师团第三十三联队和第三十八联队在轻型装甲车的配合下，从太平门外沿玄武湖急进至南京城北的下关江边，以截断中国军队的退路。
下午，当第三十三、第三十八联队进至下关时，长江边有大批准备渡江的中国军人，江面上也有许多正在渡江的中国军人。日军立即用机枪进行猛烈扫射，一时间江水被染得殷红。
在长江边等待渡江的中国军人有些返回南京城内，避入安全区，有些被日军射杀或俘获。接着，日军在长江边将俘获的中国军人加以集体屠杀。
南京沦陷后，第十六师团根据事先制定好的计划，对南京城内及城外东郊地区进行“扫荡”。在“扫荡”过程中，第十六师团俘获了许多放下武器的中国军人。
对于俘虏，中岛今朝吾在其日记中记述说:“败逃之敌大部进入第十六师团作战地区的林中或村庄内，另一方面，还有从镇江要塞逃来的，到处都是俘虏，数量之大难以处理。”“基本上不实行俘虏政策，决定采取全部彻底消灭的方针。”“仅佐佐木部队就处理掉约15000人，守备太平门的一名中队长处理了约1300人。
在仙鹤门附近集结的约有七八千人。此外，还有人不断地前来投降……处理上述七八千人，需要有一个大壕，但很难找到。预定将其分成一两百人的小队，领到适当的地方加以处理。”“这些败兵的处理，大多由第十六师团负责，因此师团无暇顾及入城或宿营等，只是一味地东奔西走。”
第十六师团步兵第三十旅团长佐佐木到一也在日记中记述说:“接连不断地有俘虏前来投降，其数量高达数千人。情绪亢奋的士兵丝毫不理睬上级军官的劝阻，将俘虏一个个地杀死。回想到许多战友流的血和十天来的艰难困苦，别说士兵了，我自己也想说‘全都干掉吧’。”
日军占领南京后，以第十六师团步兵第三十旅团为南京警备部队，佐佐木到一担任警备司令。所谓“警备”，实际上就是搜捕放下武器，在国际安全区避难的中国士兵。
第十六师团在“扫荡”残敌过程中，在国际安全区进行所谓的甄别搜捕，将头上有帽痕，手上有老茧的青壮年男子从难民中强行拉走，予以集体屠杀，其中许多人是普通的平民。
在搜捕中国士兵的过程中，一些毫无军纪可言的日军官兵还大肆强奸妇女、抢劫财物。在战后对日本战犯的审判中，许多南京市民指证日军“中岛部队”的暴行。所谓“中岛部队”，就是以中岛今朝吾为首的第十六师团。
第十六师团的覆灭
南京沦陷后，第十六师团在南京驻扎到1938年1月22日，此后，日军第十一师团步兵第十旅团（天谷支队）接替第十六师团步兵第三十旅团，担任南京的警备任务。
第十六师团由海路开往大连，重新编入日军华北方面军第二军战斗序列，后又被编入华中派遣军战斗序列。1938年7月，中岛今朝吾升任驻扎在满洲的日军第四军司令官，由藤江惠辅（中将）继任第十六师团长。