18日凌晨，战斗打响。先是炮战，中国第5军的重炮兵团以及各师炮营同时开火，日本方面除炮兵外，最令中国军人头疼的是上百架飞机的轰炸。炮火延伸后，第200师与荣誉第一师开始攻坚，至夜晚，荣一师攻占了昆仑关附近的仙女山、老毛岭、万福村、罗塘和411高地；第200师攻占了653、600两个高地，并一举攻占昆仑关主阵地。
23日日军第5师团在飞机掩护下开始强渡邕江，夜晚，135师405团团长伍宗骏擅自令其所辖404、405两团放弃阵地撤退，韦云菘命令135师师长苏祖馨截回所部，伍宗骏抗命不肯恢复原来的阵地（伍后来被判刑五年），南宁市内正面已无军队防守。24日拂晓，170师在邕宁与日军激战，上午日军第5师团21旅团之21联队从市区渡江，下午南宁全城陷落。25日晨，200师第600团在二塘独战日军第21、42两个联队。日军在飞机掩护下，对170师和200师两个团阵地猛攻，国军顽强抵抗。600团团长邵一之、团副吴其升阵亡。鉴于战况不利，170师师长黎行恕与200师师长戴安澜决定黄昏后撤退至高峰隘。虽然未能阻止日军前进，但这是日军自钦、防登陆后遇到的最激烈抵抗，战斗进行了两天两夜。
关北中国军队为白崇禧的桂林行营指挥，参谋长林蔚；辖第四战区，司令长官张发奎，参谋长吴石；第16集团军，司令夏威。统率：第31军（军长韦云菘；辖131师，师长贺维珍；135师，师长苏祖馨；188师，师长魏镇。）第46军（军长何宣；辖170师，师长黎行恕；175师，师长冯璜；新19师，师长黄固。）第5军第200师（师长戴安澜。）之一部。连同广西教导队独立步兵1-4团，总兵力约六万人。
白崇禧本人于19日由重庆飞桂林，21日率部抵达迁江，设立行营指挥所。这样，当日军抵达南宁之时，国军170师22日抵达邕宁、135师两个团23日到达南宁市区、200师第600团24日下午抵达南宁东北的二塘。另外六个军分别从外省向柳州、宾阳集结。由于原来的防卫方向错误，这次集结实在过于匆忙，属亡羊补牢之举。
三、战役第一阶段：日军入侵和中国军队抵抗
24日，及川支队接到今村均返回南宁的命令，便销毁缴获的大批战略物资，撤离龙州、镇南关。白崇禧得知第一批回窜之敌逃脱，第二批又在返回后，唯恐增援昆仑关导致我军进攻失败，急电西路军总指挥韦云菘：“如再放过第二批回窜的敌军，影响主力兵团方面的战局，该副总司令应受严惩。”（《广西文史资料》第25辑，第27页。）结果仍被敌军主力逃脱。地方部队习惯于保存实力、互相推诿使日军获益。例如冯璜于11月22日接任175师师长时白崇禧对其交代：“现在大敌当前，第16集团军各部队长官间还闹意见，你见他们时，传达我的意思，请他们好好的以大局为重，放弃成见，共同抗日。”而16集团军司令夏威则交代冯璜：“抗战是相当长期的，不可把‘本钱’一下赌光。”（冯璜：《第175师战斗在桂南》，载于《粤桂滇黔抗战》第192页，中国文史出版社1995年版。）
但中国军队的准备状况确实混乱不堪：守卫两广海防的是原桂系部队第16集团军，辖第46军（军长：何宣）、第31军（军长：集团军副总司令韦云淞兼）。总司令夏威对他被调往第11集团军任总司令极其不满，借母丧之机躲在容县老家闹别扭。新上任的16集团军总司令蔡廷锴又不敢就任理事，于是有关日军进犯的情报无人处理。桂林行营主任白崇禧赴重庆开gmd五届六中全会，行营参谋长林蔚则奉蒋之命前往容县吊唁夏威母丧并劝慰夏本人，行营成了空营。第四战区司令长官张发奎远在广东韶关，没有行营命令也不敢自作主张。这一系列因素使行营、战区、集团军三级首脑机关形同虚设，这对于大战即临的中国无异一场灾难。
直至12月7日，蒋突然决定反攻。8日白崇禧将此决定转达各部，目标是“攻略昆仑关而后收复南宁”，各部亦开始反攻准备。中旬，国军集结基本完成。蒋又派陈诚、李济深监督白崇禧作战，第四战区司令张发奎也由韶关抵达迁江。15日，白以桂林行营名义发出第一号反攻令。白崇禧部署如下：
19日中午，日军出动飞机狂轰滥炸，今村均派出第21旅团第21联队，由联队长三木吉之助大佐率领抵达昆仑关阵地，并夺回昆仑关。其他阵地也在得而复失、失而复得的激烈争夺中。新22师右翼迂回部队占领五塘六塘，其中五塘复被日军夺回，六塘则始终坚守住，在打击日军增援上作用极大，有效地保证了昆仑关战斗。今村均命令台湾混成旅团由南宁增援昆仑关时，被邱清泉亲率主力堵在六塘激战；杜聿明不失时机命令郑洞国派该师郑庭笈第三团从右翼包围九塘，郑团利用黑夜攻占九塘西侧高地。
北路军，总指挥徐庭瑶，部第5军主攻昆仑关；第99军第92师绕伶俐圩西进，攻击七塘侧击昆仑关之敌。西路军，总指挥夏威，部第一纵队（司令周祖晃）攻击高峰隘；第二纵队（司令韦云菘）在南宁南部苏圩集结，阻止敌后增援南宁。东路军，总指挥蔡挺锴，部何宣第46军向陆屋、灵山破袭邕钦公路；叶肇的第66军攻击昆仑关则翼之古辣、甘棠敌军。第99军另外两师作为战略预备队。
固守昆仑关及关南的日本第21军（司令官安藤利吉中将）之一部，辖第5师团（师团长今村均中将；辖第9旅团，旅团长及川源七少将；第21旅团，旅团长中村正雄少将；台湾混成旅团，旅团长盐田定七少将。）连同海军陆战队（军舰70余艘）、空军（飞机100架）共计约三万人。后期补充抵达的近卫师团；第18师团之一个旅团；兵员总数约10万人，实际参加战斗总兵力只有4.5万人。
日军登陆后，16日，蒋介石在重庆召见白崇禧，令其不必再参加gmd五届六中全会，立即返桂林指挥作战。白要求以桂林行营主任资格全权指挥，不须第四战区司令张发奎插手，各军须直接听从行营命令。蒋批准该项要求，并调其最精锐的第五军等直系部队归白指挥。白立即电令该军代军长杜聿明，立刻率部乘火车从衡阳赴桂南；又电令恢复夏威第16集团军司令职务，原已任命的蔡廷锴待命。16集团军立即集结，副总司令韦云菘及指挥所人员19日抵达南宁，各部分别赶赴日军进军必经之地阻敌北进。
9日，日本全部进攻部队在三亚港集结完毕。第21军司令官安藤利吉中将亲自到三亚指挥。13日，舰队从三亚启航。14日先头舰只抵达北海，以10余舰发动佯攻。驻守北海的175师一个营，给予日军以回击。军事当局命令防卫部队彻底炸毁北海市，只是因为指挥北海保卫战的国军第46军175师第524团团长巢威感到日本军并非要在北海登陆，从而避免了北海的彻底破坏。当晚，日舰停止对北海的进攻，转向钦州方向。防城企沙、龙门两地各一个营抵抗一天后败阵，日军登陆。在钦县犁头嘴防守连连长报告新编第19师55团黄廷才团长，他竟然认为这是敌惯常骚扰而已，不必认真。结果毫无战斗准备的新编第19师所属部队溃败，日军顺利登陆。
21日，蒋介石对昆仑关战役及整个桂南战役进展缓慢极其不满，给桂林行营及各参战部队下达命令：“前方各部队与炮兵等，如有不积极努力进攻，或不能如限期达成任务者，应即以畏敌论罪，就地处置可也。”（《反攻南宁战役经过》广西博物馆藏油印本。）此令发出也非无由，18日西路军170师发起高峰隘战斗，19日占领高峰隘附近山头，但当晚即被日军偷袭，20日该处失守，国军败退至葛圩一带。白崇禧亲自作阵地视察，亦无改观，始终无法攻占高峰隘，致使阻击日军援军初衷无法实现。而邕龙路伊藤部则在西长圩被131师截击，22日今村均不得不派南宁仅有的两个中队和两个机枪小队前往援救，又在苏圩附近遭188师阻击。伊藤大队在西长被围整三天之久，却因131师不敢近战而免被歼之命运。最后，在飞机掩护下，这两部日军均得以突围，26日下午返回南宁。
昆仑关守敌为第5师团主力第21旅团的松本总三郎大队。其第42联队及第21联队在九塘至南宁一线。中日两军之最精锐部队在昆仑关碰撞了。今村均的轻敌再次帮助了中国军队，他同日命令第九旅团长及川源七少将率领数千日军奔袭龙州、镇南关（友谊关），这支部队于17日出发，中国军队总攻击时间定于18日拂晓。
更加严重的是，白崇禧见广东开平、阳江、阳春、新兴一片富庶地区既无中央军又无日军，如果桂系控制便掌握了广东南路，还掌握更多的出海港口。于是迫不及待命令第31军加速完成战备，并开进广东上述地区。防线一下子扩大到上千公里，守备实际上非常薄弱，而且没有纵深防御。
在昆仑关主攻阵地上，郑庭笈的迂回部队建立了功勋。他用望远镜发现九塘公路边大草地上有日军军官正集合开会，马上命令第一营以轻重机枪、迫击炮集中火力猛击。炮弹击中目标，敌军官死伤惨重，乃至后来不得不空投军官来补充作战。中村正雄少将即是被炮火击中于24日身亡的，只是没有明确证实是哪一次炮火所击毙。
我军第二次夺取昆仑关阵地。但不久又被日军夺回。
到23日，仅第5军正面进攻的两个师，伤亡就达二千余人，日本军伤亡也在千人以上。六天战斗未获理想战果，而敌军援兵已从各地开来，形势不容乐观。杜聿明分析两得两失的教训，是日军在关口两侧有坚固的堡垒工事，组成交叉火力网，致使我军攻击失败。于是决定改变战法，集中优势兵力，从外围攻击各据点，逐渐缩小包围圈。25日，荣一师第二团在团长汪波率领下，步炮协作，攻下罗塘南高地，全歼守敌二百余人。这是很重要的突破，杜聿明传令嘉奖。接着各师、团军心振奋，依次攻克昆仑关周边诸高地。
同日，日军台湾混成旅团之两个联队到达八塘，中村旅团的第42联队更到达九塘。中村正雄被击毙后，第42联队长坂田元一代理21旅团长。经白崇禧批准，杜聿明决定集中全部兵力，一举歼灭这支日本精锐之师。于是除调回第5军全部兵力猛攻昆仑关之外，加配叶肇第37集团军所属之第66军和作为总预备队的第99军两个师，将这五个师全部用于打击八塘以南敌人援军。28日，重新部署的陆军第5军加紧攻关，至30日，昆仑关周围敌据点和侧防机关基本肃清，关里的日本精锐之师――“钢军”主力第21旅团已成瓮中之鳖！
我们有必要着重介绍一个攻坚战斗。界首高地位于昆仑关北，是敌最坚固的据点。担任攻坚任务的是杜聿明调拨给第200师指挥之郑庭笈荣一师第三团。28日晚该团开始攻击界首高地，尽管敌机在头上扫射、轰炸，该团士气旺盛，不顾牺牲顽强进攻。郑组织爆破手，以手榴弹塞进敌据点枪眼，该团九个步兵连，七个连长伤亡！郑庭笈身边的司号长李均也中弹牺牲，郑庭笈始终战斗在第一线，终于在29日上午攻克界首高地。30日，新编第22师邓军林团胜利攻克昆仑关。