10月24日，蒋介石正式下达放弃武汉的命令。国民政府军事委员会在武汉举行中外记者招待会，郑重宣布“我军
　　自动退出武汉”。汉口市长吴国桢宣称:“保卫大武汉之战，我们是尽了消耗战与持久战之能事，我们的最高战略是以空间换取时间。……我们的人口疏散，产业的转移，已经走得相当彻底，而且我们还掩护了后方建设……”广州沦陷后，10月24日，日军切断了粤汉铁路，武汉已经很难坚守，蔣介石在日记中这样写道:“此时武汉地位已失重要性，如勉强保持，则最后必失，不如决心自动放弃，保全若干力量，以为持久抗战与最后胜利之根基。”
　　当天下午16时30分，武汉金口，一代名舰中山舰在日军飞机轰炸下，“失去动力，在波涛中旋转，向下游漂流，完全失控。又因多处破损过重，堵漏失效，大量江水急剧涌入舱室，舰体继续向左不断倾斜，约倾至40度时，突然舰首稍昂，随即轰然一声巨响，水柱冲天”。终因负伤过重沉没于金口龙床矶。
　　同一天，在武汉各机关团体已基本撤离之时，周恩来为《新华日报》汉口版出版最后一期报纸口授社论——《告别武汉父老》，声称:“我们只是暂时离开武汉，我们一定要回来的，武汉终究要回到中国人民的手中。”与此同时，郭沫若也为《扫荡报》撰写了《武汉永远是我们的》的社论，指出:“我抗战的中心力量并无亏损，反而争取了主动地位，环阵于武汉的四周……我们的武汉并不是对于佛朗哥的马德里，而是对于拿破仑的莫斯科！”
　　这一天晚上，作为战时最高统帅的蒋介石和航空委员会秘书长宋美龄乘飞机离开武昌飞往湖南衡阳。临行前，蒋下令:“将凡有可能被敌军利用之虞的设施均予以破坏！”这道“焦土抗战”的命令，使武汉整整燃烧了两天。同时，武汉城内中国守军按计划开始撤离，至10月25日夜全部撤离市区。蒋介石于10月31日在《武汉撤退告全国国民书》中所言:“盖抗战军事胜负之关键，不在武汉一地之得失，而在保持我继续抗战持久之力。”
　　实际上，在9月底，田家镇要塞陷落后，武汉已无险可守，蒋介石和国民政府军事委员会为了保留继续抗战的实力，就放弃了死守武汉的计划。并开始有步骤地分批撤离党政和地方政府机关，疏散城内老百姓。10月16日，国民政府军事委员会根据武汉外围战斗的形势及日军于10月12日在广东大亚湾登陆的情况，决定放弃武汉，同时组织各部队有计划撤退:长江以北的主力撤至平汉路以西的汉水沿岸及大洪山区，廖磊的第21集团军留在大别山区，开展敌后游击战;薛岳的第1兵团仍于九江以南抗击敌人，并可视情况退往湖南;第2兵团依托幕阜山，掩护西面的粤汉铁路;罗卓英指挥武昌以南金牛方面的作战，掩护各军撤退，整个武汉城区只留卫戍部队一个旅(第185师第545旅)的正规军作象征性的抵抗。10月25日，日军波田支队向葛店发起猛攻，随之突破中国军队第55师的阵地，占领了葛店。当日凌晨，日军第6师团先头部队推进到了汉口近郊，中国留下军队作象征性抵抗。
　　早在南京沦陷、武汉成为战时的军事政治中心之时，蒋介石就曾电召军事学家蒋百里（后来在武汉任军事委员会高级顾问）。据同在军事委员会工作的胡起祥撰写的《蒋百里先生在武汉》记载，“蒋百里来到汉口，看到市面上秩序混乱、人心浮动不安现象，即向南京中央政府建议，应该立即采取措施疏散武汉人口，并提出具体办法，由汉口市公安局挨户调查人口，将老弱病残者以及在武汉沦陷后能够做敌后工作的人留下来。凡属青年壮丁、妇孺儿童、各校教师学生、机关工作人员一律分配车辆和船只，有计划地分批撤退，运往后方。”他的这一计划在当时各自为政的国民党中央政府，执行得非常缓慢。
　　记者查阅的《武汉文史资料》记载，曾为战干一团学员、任武汉卫戍总部见习秘书的程雪华回忆当时部队撤退的情形:“9月底，各地战况连连失利，敌军已过九江，部队所有官佐均已发枪，我当时系少校衔，也发了短枪。”广州沦陷的消息对“保卫大武汉”的战斗是个沉重打击。在兵荒马乱之际，武汉卫戍总部突然通知几十位军官返汉述职，当时也有不少官兵开小差。10月20日左右，程雪华所在的部队奉命紧急撤退。撤退部队和单位把搬不走的设备用炸药销毁。“马路上没有行人，连交通警也不见了，遍地都是瓦砾和杂物，景象分外凄凉。远处长江江面上烟雾迷蒙，隐隐约约似可见挂旭日旗的敌舰在活动。我只好默默地拄着双拐，匆匆挤上运输船舰，挥泪告别了武汉三镇。”
　　那时在军事委员会工作的胡起祥随着机关撤退，在徐家棚抢上南行的疏散火车，“在车厢内停了两天才开动。没有吃的东西，只能饿肚皮;要大小便挤不进厕所，只能随地便溺。时值暑天炎热，在车厢内闷热得吐不出气来，而且臭不可闻”。转移阵地的军队和向后方逃难的人民群众、机关、学校，为了抢夺交通工具，乱作一团。为了抢夺轮船而溺死江中的不知凡几。逃难的人们将火车车厢挤得水泄不通，车篷和车厢底下，凡有空隙的地方都是人。有的用绳索吊在车厢旁边像摇篮似的打秋千。火车开动只能看到车轮在转，好似一座人山在爬行。
　　那些趴在车上车下的逃难群众，由于车轮震动而死于途中者，惨不忍睹。胡起祥忍不住感慨:“真是不堪回首。当初如果能按照蒋（百里）先生的建议作有计划的撤退，广大生灵，何致遭此涂炭？”
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