南京陷落后，威尔逊是留在南京的22位外籍人士之一，也是南京唯一的外科医生。在1937年12月至1938年2月，他的救助活动也不仅仅在鼓楼医院，还包括安全区的难民，另外还要以美国人的身份应对来自日军的骚扰，保护医院病人以及尽一切可能援助城中的妇孺。
这一阶段的救助主要是针对枪炮之下的各种枪伤、刺伤、弹片击伤、灼伤、爆炸产生的冲击伤等战争损伤，还有很多因强奸受伤的女性。救治对象有军警、商人、僧尼、流落在南京的贫苦百姓等各色人物。现将这些几例典型案例罗列如下：
“1937年12月15日，一名警察前臂有一炸弹伤，桡骨割裂了四分之三的肌肉，只能截肢。
18日上午，为一个8岁的小男孩缝合五处刺刀伤，包括一处贯穿了他的胃，一部分腹部大网膜露在了腹部外面。
21日，给一个13岁的小女孩打上了石膏，因为日军砍伤了小女孩的肘部，造成了复合骨折，并且她的父母都被杀死了。
30日，一名中国商人在经过教堂时，子弹从他的腹部左侧打进，从右侧穿出，造成贯穿伤，存活几率不到千分之一；一位被强奸的17岁小姑娘，已经发展成急性淋病，她有时温度会高达105华氏度，生死未卜。
1938年1月1日，一名尼姑被送进医院，她股骨复合骨折，伤口感染严重，预后很糟糕。
9日，一名警察的背上、胸口和手臂上共有22处刺刀伤。
29日，一名被日军掳走的女性，在城南某个营房遭反复强奸38天后送回，身患两边化脓性腹股沟腺炎、烈性淋病和大面积..肿大性溃疡……”
医护人员紧缺，而大部分病患都需要进行外科治疗，基本上每日都要做几台手术，有时一天要做十几台手术，威尔逊所面临的压力不言而喻。12月14日，威尔逊做了11台手术，包括不可避免的截肢；15日做了10台手术，并巡查病房里的病人；18日南京沦陷后，美国医生特里默和威尔逊所受到的考验最为严峻，他们两人在中国同事都逃走后，依然把送到医院的患了重伤的中国人全部接收下来：
