大基礎學科基本建立。其中，竺可楨建立的地學系和秉志建立的生物學系都是在國內大學中創辦最早的。

1920年4月，時任南京高師校長的郭秉文提議籌建國立大學。1921年10月，國立東南大學正式成立，南京高師自此不再招生，待其學生全部畢業後即併入東南大學。1923年6月，南京高師正式併入東南大學。此時的東南大學已頗具規模，共設5科28系，學科之全堪稱全國之首。全校共有教職員200餘人，學生1600人，年經費40餘萬。這一時期的南京高師和東南大學可謂名師雲集，文科有劉伯明、湯用彤、楊杏佛、柳詒徵、樓光來、吳宓、梅光迪等；理科有任鴻雋、胡剛復、竺可楨、熊慶來等；教育科有陶行知、陳鶴琴、孟憲承等；工科有茅以升、涂羽卿、沈祖瑋等；商科有李道南、潘序倫、孫本文、胡明覆等，以至於當時有“北大以文史哲著稱，東大以科學名世”的說法。

國立中央大學時期

1927年，國民政府頒佈“大學區制”。於是，國立東南大學與河海工科大學、上海商科大學、江蘇法政大學、江蘇醫科大學及南京工業專門學校、南京農業學校、蘇州工業專門學校、上海商業專門學校被合併成國立第四中山大學，全校共設9個學院。1928年2月，國立第四中山大學改稱江蘇大學。同年5月，又改名為國立中央大學。

1928年8月，中央大學調整院系設定，改設文、理、農、工、教育、商、法、醫等8個學院、40個系科，學制4年（醫學院7年）。當時全校共有教師290人，在校學生1838人。

1932年8月，曾任清華大學首任校長的羅家倫被任命為國立中央大學校長後，中央大學獲得穩步發展。經過調整擴充，中央大學擁有文、理、法、教育、農、工、醫7個學院、34個系。經濟學家馬寅初、美術大師徐悲鴻、農學家金善寶、天文學家張鈺哲、化學家袁翰青、醫學家蔡翹等都曾受聘於中央大學。

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南京大學（2）

1937年七七事變後，中央大學西遷。12月初，文、理、工、法、農、教育等學院在重慶沙坪壩松林坡開學，醫學院及農學院的畜牧獸醫系建在成都華西壩，其實驗中學則建在貴陽。

1938年12月，中央大學研究院成立，設理科、法科、農科、工科4個研究所（並於次年9月正式招生）。同年，改教育學院為師範學院，增設國文、英語、數學、理化、博物、史地、公民訓育系和童子軍專修科；工學院增設航空工程系和水利工程系；農學院增設畜牧獸醫專修科；醫學院增設6年制牙科，並與牙醫專科學校合辦牙醫門診部；1941年恢復社會學系，研究院增設文科和醫科研究所。

1945年8月，抗戰勝利，著名物理學家、南京高師畢業生吳有訓出任中央大學校長。11月1日，中央大學在南京原址覆校。此時的中央大學學生人數已近5000人，不僅包括隨校回遷和當年新招的學生，還有淪陷區中央大學（汪偽政府1940年舉辦，1945年停辦）的插班生，以及來自印度、巴基斯坦、土耳其和朝鮮的留學生等，規模大大超過了戰前。至1947年，中央大學已擁有7院41系、23個研究機構。1949年1月，國民政府決定將中央大學遷往臺灣，遭到進步師生的堅決反對。

金陵大學

南京大學的另一源頭是國內一所著名的教會大學——金陵大學。金陵大學的前身是美國基督教會美以美會於1888年在南京創辦的匯文書院，當時書院設有文科、醫科和神科，另設中學部稱成美館。1910年，宏育書院併入匯文書院，按照大學建制成立了金陵大學。

金陵大學最初設有文科、師範專科、華言科及附屬中學。1913年，金陵大學和司徒雷登等人創辦的中國東方醫科大學合併，確定了我國最早的7年制醫學教育（預科2年、正科5年）。1914年，金陵大學創辦了中國最早的4年制農學本科，次年又添設林科。1916年合併農科、林科為農林科，成為我國高等學府農林教育的先驅。1921年改文科為文理科，增授理學學士學位。到1923年，金陵大學的文理、農林兩科共設13個系、3個專修科，在校學生500多人。

1930年，金陵大學改文理科為文學院和理學院，農林科為農學院，同時成立中國文化研究所。1935年，又設立了文科研究所史學部、理科研究所化學部、農科研究所農業經濟學部，基本奠定了金陵大學“江東之雄”的基礎。