南宁告急，震动了整个西南大后方。日军进攻南宁不仅使国际交通线被切断，滇越铁路遭受攻击，而且难保日军不乘势进攻柳州、贵阳，直逼国民党统治中心的重庆。蒋介石经再三考虑，终于下了狠心将第5军投入战斗，与日军决一死战。第5军是当时中国唯一的机械化部队，经扩编后，在后方基地精心训练了三年，不仅官兵素质高，战斗力强，而且拥有坦克、装甲车、重炮等现代化武器，一直被蒋介石视为心肝宝贝。这支军队中的王牌，号称“铁军”，直接归属最高统帅部指挥，不到实在没有办法的时候，蒋介石一般是舍不得动用该部队的。
第5军军长杜聿明接到紧急命令后，当即命令第200师派出两个步兵团作为先遣部队，先行由桂林向南宁进发，军直属部队和其他两个师迅速往广西宾阳地区集结。此次是该军对日第一仗，所以蒋介石特别重视，命令白崇禧、杜聿明一定要等到全军集结完毕后，才可投入战斗。其用意显然是要集中使用兵力，打出中国第一支机械化部队的威风来。
先行的第200师其主要任务是增援南宁的保卫战，迟滞日军的进攻速度，为中国军队大部队集结争取时间。然而，日军的进攻速度太快。第200师第600团在师长戴安澜的率领下，从500公里外的全州直扑南宁，行进到南宁市郊二塘和三塘地区，与正在进攻的日军遭遇上了。双方便在宁武路上展开了激战。第600团展开战斗队形，就地修筑工事阻击日军的进攻。日军在飞机、大炮的掩护下，向第600团发起多次猛攻。第600团在各种炮火的支持下沉着应战，以猛烈的火力进行有力的反击，打退了日军一次又一次的进攻。
次日拂晓，日军见无法突破第600团的防线，便改变正面硬攻的战法，派出部队向我军侧后迂回，企图截断中国军队的后方补给线，并形成包围之势。第600团邵一之团长亲自率领一个步兵连绕到阵地侧翼，突然向日军迂回部队发起反击。激战中，邵团长牺牲。第600团官兵得知团长牺牲，悲愤无比。他们大呼为团长报仇，奋力向日军发起猛烈反击，将企图迂回作战的日军击退。
孤军奋战的第600团，经过两天的激战，副团长文模身负重伤，团副吴其升也中弹殉国，全团官兵伤亡近半。11月26日晚上，第600团在第1营吴大伟营长的率领下逐步撤至高峰隘及甘圩地区，占领有利地形，继续抗敌。
这时第200师第598团赶到战场，部署在南宁东北七、八塘之间，与从南宁撤出的第135师等军队一起顽强地抵住了日军的进攻。第598团在八塘附近与北进的日军苦战一周，击毙了大量日军，为掩护第5军主力集结争取了宝贵的时间。
30日，日军用强大的炮火摧毁了中国军队的阵地，然后发起大规模冲锋。双方苦战一整天，傍晚，中国军队退至九塘。
12月1日，日军攻占高峰隘，中国部分军队被迫向武鸣方向撤退。第二天早上，第16集团军司令夏威指挥3个师，在坦克的掩护下展开反攻，曾一度夺回了八塘阵地。12月3日，日军第5师团将最精锐的第21旅团投入战斗，在飞机、山炮的掩护下发起疯狂进攻，终于在第600团和188师防线的结合部撕开一道口子，进而占领了八塘、九塘，直扑昆仑关。12月4日，日军攻占了桂南战略要地昆仑关。此后，日军与中国军队围绕着南宁以北的高峰隘和昆仑关一线，形成战略对峙局面。
南宁以及昆仑关失守后，蒋介石反倒冷静下来，指示部队作战不急求速胜，应当慎重。一方面命令桂南各部在武鸣、宾阳地区以运动战的方式阻止日军北上，另一方面加紧对日军后方的游击骚扰，对邕钦公路继续破坏其交通通信，同时迅速调集重兵准备反攻。
经侦察，中国军队获知从钦州湾至南宁、由南宁到昆仑关，只有日军第5师团和台湾混成旅团，不仅兵力相当分散，而且正在组织人力填平南宁向西被我军破坏的公路，准备攻打龙州和镇南关（今友谊关）。此时，在南宁附近仅有4个联队，因邕钦公路尚未修复，日军重炮和机械化部队无法增援上来。
此时，第5军已抵达迂江集结完毕。对比敌我双方战略态势，无论兵力、装备中国军队都占优势。综合上述情况，白崇禧电请蒋介石下令组织反攻。12月6日，蒋介石复电白崇禧同意桂南军队迅速反攻南宁。第5军全部投入战斗，最高统帅部将派空军协同作战。整个反攻战役由白崇禧统一指挥。
12月16日，桂林行营向所属各部下达了作战命令。同一天，陈诚、李济深从重庆飞往桂林，当即乘汽车赶到已移至迁江的桂林行营指挥部，协同白崇禧指挥反攻南宁之战。蒋介石用意很明显，陈诚来了，白崇禧就可放心大胆地指挥中央嫡系部队；而李济深是粤军的元老，有他来粤军也能听话了。
中国军队共调动了19个师约15万人投入战斗。预定发起进攻的时间为12月18日。这是抗日战争时期中日双方处在战略相持阶段，中国军队反击侵华日军的一场大战。
昆仑关是南宁的北大门，位于邕宾公路要道，距南宁约40公里，这一带群山绵延相依，其中多是悬崖深谷，地势极为险要。邕宾公路在其间穿过昆仑关，东面两公里处有635高地，西面两公里处有445高地和441高地，可谓一夫当关，万夫莫开。中国军队要收复南宁，首先要攻克昆仑关；日军要占领南宁，同样必须固守昆仑关。
杜聿明的第5军是此次反攻南宁的主力，而反攻的第一场硬战，就是要攻破昆仑关，扫除前进中的障碍。战斗打响前，杜聿明从迁江转移到潭蓬村，军指挥所设在村后一个山洞里。12月10日，杜聿明在指挥所召开军团以上军官参加的战前会议上下达了攻击命令。
12月12日，第5军各师团按指定路线，利用夜色掩护，秘密地进入各自攻击的预定位置。军指挥所也迁至南天村高大岭一个山洞里，便于就近指挥作战。
对中国军队的反攻计划，日军事先一无所知，做梦也未料到会遭到毁灭性打击。日军第5师团占领昆仑关后，师团长今村均中将不禁洋洋得意，大有昆仑关所谓天险也不过如此的感叹。他留下第21旅团42联队的松本总三郎大队防守昆仑关，配备了山炮、迫击炮、速射炮、工兵、无线电台等各一个小队协助防守，师团主力则撤回了南宁。今村均毕竟是沙场老手，深知昆仑关位置的重要性。在他的命令下，日军在昆仑关以北的仙女山、老毛岭、441、653、600、罗塘等高地，以及立别岭、枯桃岭、同兴堡、界首等要地，修筑起许多据点式的堡垒工事，外围拉了几重铁丝网、鹿砦等障碍物，并以各种轻重武器组成严密的火力网，形成以昆仑关为中心的坚固防线。
12月18日凌晨1时，杜聿明将军一声令下，第5军重炮团和各师山炮营齐声向日军阵地猛烈轰击，日军也开炮回击，双方炮战大约进行了30分钟，第5军远射程重炮火力完全压制住了日军的炮火。
荣誉第1师各突击队在郑洞国师长的命令下，纷纷跃出工事冲向昆仑关周围各个日军阵地。日军在中国军队猛烈的攻击下，纷纷退却。中国军队很快就占领了昆仑关外围的仙女山、老毛岭、441、600等重要高地。战斗进行到11时左右，荣誉第1师又相继攻占了罗塘、同兴堡高地，打到下午3时，再克枯桃岭、高田圩等日军阵地。
与此同时，邱清泉的新编22师装甲部队按照预定计划，从昆仑关以北的思陇出发，穿越数十里山路，突然出现在昆仑关侧后的五塘、六塘地区。当时日军没有丝毫防备，因为怎么也预料不到中国军队的坦克师竟然越过昆仑关，从高山密林里奇迹般地冒了出来。
日军由于没有反坦克炮，面对隆隆开过来的坦克群束手无策，铁丝网、坚固的碉堡等工事，此时都成了坦克群攻击的死靶子，在炮声中一个个被摧毁。那些手持三八步枪的日军士兵，更是失去了威风，在坦克和中国军队追杀下抱头鼠窜，四散逃命。邱清泉的新22师轻松地占领了五塘、六塘，切断了昆仑关日军的退路，同时阻击南宁来增援的日军。
为增援昆仑关的守军，阻止中国后备部队投入战斗，日军第5师团长今村均只好向海军求援。不久从钦州湾海面“加贺”号航空母舰上起飞的几十架战斗机，对担任总预备队的第200师进行轰炸。戴安澜师长迅速组织全师高炮、轻重机枪猛烈还击，击落了几架。日机再不敢张狂地低空扫射，而是在高空把炸弹乱扔一气。
18日夜，杜聿明决心加大第一线的攻击力，命令第200师接替已伤亡较大的荣1师，担任正面主攻。第200师第598团在重炮、坦克的支援下，对653高地发起猛攻，用强大的火力杀出了一条血路，占领了这扇通往昆仑关的大门。戴安澜师长决心不给日军喘息的机会，命令第599团立即投入战斗。在坦克的掩护下，599团越过653高地，沿山下公路直奔昆仑关。但守关日军殊死抵抗，并在飞机的配合下拼命反扑。第599团立足不稳，又不得不退出昆仑关。
此时，战事处于胶着状态。
今村均接到昆仑关告急电报，这才清醒过来：“钢军”遇上了强劲的对手。于是，他紧急派兵增援昆仑关。18日下午，第21旅团21联队主力，在联队长三木吉之助大佐的指挥下乘坐80多辆卡车向昆仑关奔来。行至五塘、六塘地区，遭到新编22师迎头拦击。中国军队的坦克、装甲车向日军卡车直冲过来，坦克炮、机枪急速连射。日军卡车纷纷起火燃烧，或失去控制冲入路边深沟。冲上来的中国坦克群不是将日军卡车压扁，就是将其撞翻。日军第21步兵联队几乎无还手之力，纷纷逃进公路两侧的田野继续顽抗。
收到第21步兵联队的求救电报，今村均派出近80辆坦克、装甲车冲入包围圈，掩护日军拼死冲击，终于在新22师的防线上打开一个缺口，三木吉之助率领第21联队的残部越过了五塘、六塘，直奔九塘。
在九塘地区，第200师副师长彭壁生指挥军直属两个步兵团，从侧翼穿插到昆仑关后，向驻守九塘的日军发起突然袭击，顺利地占领了九塘一带，控制了两侧高地，破坏了交通线，断绝了南宁日军对昆仑关的补给。
19日下午，在九塘地区，中国军队又将三木步兵联队重重包围。在第22师和第200师补充团前后夹击下，第21步兵联队不仅人困马乏，弹药也几乎耗尽。三木只得向今村均师团长求援，要求派飞机空投补给。不久，海军5架飞机飞临九塘上空，匆匆投下弹药食物，日军组织人员去收捡，无奈中国军队缩小了包围圈，在密集的火力打击下，日军无法取走空投物品。
傍晚，中国空军派出9架战斗机，在九塘地区上空扫射日军阵地，支援地面部队进攻。日军第21联队不顾伤亡惨重，拼死向昆仑关方向运动。在三木大佐冒死率领下，第21联队部分兵力冲进了昆仑关，与昆仑关守敌松本大队会合。
昆仑关陷入重围，日军增援部队又连连遭到中国军队的有力阻击，伤亡巨大。今村均气得咬牙切齿。在中国战场他还从未遇到如此强硬的对手。他孤注一掷，已顾不上南宁兵力空虚，急令第21旅团长中村正雄少将亲自率领42联队的两个大队赶往昆仑关，同时命令攻占龙州的日军第9旅团加速返回，增援昆仑关守军。
12月20日，中村正雄指挥42联队乘坐80余辆卡车直奔昆仑关。早已等候在五塘、六塘一带的22师，已经做好迎击南宁援敌的准备。邱清泉师长命令工兵在公路上埋下大量地雷，设置了木桩、巨石等障碍物，只派一个团坚守五塘、六塘正面阵地，佯作抵抗，而将主力埋伏在六塘北侧高地。中村正雄急于率领部队增援昆仑关，在五塘、六塘地区，42联队一个凶猛的冲锋，就把中国军队的阵地撞开了一个缺口。突然，两侧山地中射出强烈的炮火，日军卡车纷纷中弹燃烧。随后，22师数十辆坦克从六塘北侧山地隆隆杀出，密集的火力铺天盖地射向日军，同时，潜伏在六塘附近高地的22师主力，在坦克的掩护下也发起攻击，并很快地切断了日军的退路。
面对中国军队的突然打击，中村正雄指挥日军沿公路两侧拼命抵抗。中国军队凭借机械化部队的优势，把坦克径直冲进敌群，横冲直撞，任意冲杀。日军招架不住，纷纷向公路两边的山上溃逃。中村正雄指挥一部分日军稳住在一个山头，好不容易才把残部集中起来，但这时车辆已损失殆尽，公路也被中国军队封锁。中村正雄只好带着部下沿山路向昆仑关推进。
接到中村正雄遭伏击伤亡惨重的报告，今村均急得团团转。但此时南宁城里已无兵可搬，今村均只好将驻守邕江南岸的台湾混成旅团第1联队派往五塘、六塘增援。
12月23日，第1联队在林义秀联队长指挥下，拼死冲破新编第22师防线，在六塘一带与日军第42联队会合。中村正雄重振旗鼓，指挥日军向七塘方向攻击前进。终于在第22师的包围圈上撕开一个缺口，推进到七塘附近。
中日双方军队在七塘又进行了一场激战。日军没有退路，只得不惜一切代价跟昆仑关守军会合。中村正雄亲自上阵督战，向中国军队进行凶猛的反击。面对日军近乎疯狂的反扑，邱清泉指挥第22师愈战愈勇。七塘一带打得几乎没有一块完整的工事，日军冲上来还未站稳脚跟，第22师一个反冲锋又把日军赶回去，双方直杀得昏天黑地，谁也不甘示弱。