爲了確保這成軍以來的第一戰能首戰告捷，杜聿明作出了周密的部署，並告戒那些高級軍官們，此戰事關重大切不可輕敵。這次戰役的勝負，關係到中國抗戰的前途，也關係到第5軍今後的前途，全軍將士要抱着“不成功必成仁”的決心，殲滅日軍，收復失地。在軍事會議上，第5軍衆將一致舉手宣誓：“誓死拿下崑崙關，爲本軍增添榮譽！”
次日凌晨，第5軍重炮團和各師的野炮營集中炮火，向崑崙關及周邊陣地發動了猛烈的炮擊。日軍也用重炮予以還擊，雙方展開了激烈的炮戰。第5軍裝備的是美製新式的榴彈炮，無論在火炮威力上，還是在火炮的射程上，都要遠勝日軍的重炮。很快第5軍的炮火就壓制住了日軍，第2軍的步兵在蘇制坦克的掩護下，吶喊着朝崑崙關上的日軍殺去。此時，日軍爲遏制第5軍的猛烈攻勢，派出了幾架戰機前來支援。但是他們萬萬沒有想到的是，第5軍裝備有一個高炮營，在日軍飛機一進入戰場的上空，嚴陣以待的高炮營就開始了戰鬥。驕傲、囂張的日軍飛機捱了當頭一棒，當即就有一架戰機被擊落了。高射炮的炮彈呼嘯着飛向高空，日軍飛機極力的躲避着呼嘯而來的炮彈，他們在戰場上空盤旋了幾圈，始終無法降低高度向中國軍隊投彈和掃射，最後，他們只能搖晃着尾巴，灰溜溜的飛走了。趕跑了日軍的飛機，更讓第5軍的官兵們士氣大振，一波一波的步兵前仆後繼的殺向崑崙關。
榮譽第1師都是負過傷的老兵老將，他們久經戰陣，即懂戰術又不怕死。榮譽第1團在團長龍慶的指揮下，首先將崑崙關邊上的仙女峰給拿下來了。榮譽第1師師長鄭洞國聽到這個好消息，當即決定趁熱打鐵，當晚就利用夜襲的戰術攻佔了老毛嶺、萬福村還有441高地。面對榮1師所取得的戰果，第200師也不甘示弱，他們在師長戴安讕的指揮下，迅速的佔領了653高地、600高地。至此，崑崙關外的所有陣地均以被第5軍佔領。日軍只能龜縮在崑崙關內，憑藉高大的古城牆還有那易守難攻的地形來死守了。一日之間就丟失了所有的外圍陣地，這讓日軍第5師團第21旅團長中村正雄少將始料不及。憤怒的中村正雄於第二天早上，在飛機和重炮的支援下展開了反攻。經過一翻激烈的爭奪戰，仙女峰陣地又被日軍奪了回去。爲重新奪回仙女峰陣地，龍慶親率敢死隊向仙女峰陣地發動了攻擊。在此次戰鬥中，龍慶再次負傷被擡下戰場，團長一職由參謀長吳嘯亞代理。崑崙關下，中日兩軍整日整夜的進行着廝殺，這是一場雙方戰鬥意志和精神的大比拼。
日軍臺灣混成旅團奉命向崑崙關上增援，不料被早就嚴陣以待的第5軍新22師給攔下了。新22師師長邱清泉命令劉建章團死死卡住通往崑崙關的公路，又命令鄧軍林團直插日軍右翼，熊笑三團截斷日軍退路，只留下左側的小湯河留給日軍作爲逃跑的路線。日軍以戰車開道，向崑崙關方向猛攻。當晚，邱清泉親率主力部隊向日軍反擊，戰鬥進行得異常激烈。日軍的戰車被新22師的戰防炮全部擊毀，失去戰車掩護的鬼子步兵們，紛紛向後逃竄企圖逃回南寧。負責截斷日軍後路的熊笑三團奮力阻擊，致使日軍根本就無法撤回南寧。日軍見後路被堵頓時就引起了一片混亂，紛紛向左面的小湯河潰逃。可是他們卻沒想到，邱清泉早就命令師屬工兵營在河裡埋了水雷。當日軍官兵跳進河裡的時候，踩響了河裡埋設的水雷，在巨大的轟鳴聲中，成片的日軍官兵被水雷撕成了碎片。他們慌忙的從河裡出來往河岸上跑，可是新22師的官兵們已經佔據了河岸。邱清泉組織機槍火力猛烈的向日軍開火，迫使日軍再次逃進河裡逃生。戰鬥一直持續到了天亮，日軍除一部分從小湯河逃脫外，其餘大部均被殲滅。隨着日軍援兵被殲滅，死守崑崙關的日軍第21旅團也徹底被包圍，再無突圍逃生的可能了。
正在指揮戰鬥的中村正雄少將在得知援軍被殲以後，就預感到第21旅團全體玉碎的日子就在眼前了。他命令作戰參謀燒燬軍旗和所有文件，炸燬旅團裡的運輸車輛，決心破釜沉舟與中國軍隊決一死戰。他給第5師團部發去了最後的電報，在電報中說道：“我部以身陷重圍，突圍無望。我部決心死戰崑崙關，不惜全體玉碎......”發完電報後，中村正雄親自燒燬了密碼本砸毀了電臺，帶領着一衆軍官向着東京的方向鞠了三個恭，以此來向倭皇裕仁表示告別。中村正雄頭上扎着印有旭日徽章的白布條，手裡握着家族祖傳的武士刀，面目猙獰的走上了崑崙關的城樓上。
爲了加緊圍殲崑崙關的日軍，杜聿明命令各師要不惜代價發動強攻，務必在天黑前全殲第21旅團。軍屬重炮團將陣地向前推進了500米，以更加猛烈的炮火爲進攻部隊提供掩護。第5軍各師奮勇衝鋒，於當天中午殺進了崑崙關，日軍士兵在軍官們的帶領下，光着膀子端着上好刺刀的步槍，與中國軍隊展開了慘烈的白刃戰。在混亂的白刃戰中，日軍士兵死死的護着中村正雄。這一情況被帶隊進攻的榮1團1營營長馮佔濤發現了，他斷定那個穿着白襯衣被鬼子護在中間的人，肯定是個鬼子的大官，於是他就命令3連1排圍過去，活捉那個鬼子大官。可是1排的弟兄們與鬼子纏鬥了很久，不但沒能抓獲那名軍官，反而還折損了十幾名弟兄。馮佔濤下令讓營裡的迫擊炮開火，把這羣鬼子統統炸死。“轟！轟！”兩發迫擊炮彈正中目標，鬼子被炸倒了一大片，其餘沒被炸死的也都倒在地上哀號着。那名身穿白襯衣的鬼子軍官早已被炸得血肉模糊，死得已經不能再死了。馮佔濤大喊一聲，率領着部下朝中村正雄的指揮部衝去。事後，馮佔濤才得知，自己下令開的那兩炮炸死的那個鬼子軍官就是中村正雄時，馮佔濤差點把腸子給悔青了。如果當時就知道他是中村正雄，馮佔濤就是把全營都拼光了，也要活捉他啊。活捉一名日軍少將將會對日軍士氣產生巨大的打擊，也會給中國軍民帶來多麼大的鼓舞啊，可是正因爲自己的一聲開炮的命令，自己就與這巨大的榮譽擦肩而過了。
傍晚的時候，崑崙關的戰鬥結束了。杜聿明將軍在衛士的保護下，登上了崑崙關的城樓。他望着殘陽之下的崑崙關戰場，感慨萬千。他沒有說任何冠冕堂皇的豪言壯語，只是眼含着熱淚，默默的唱起了國民革命軍的軍歌。“風雲起，山河動，黃埔建軍聲勢雄，革命壯士矢精忠。金戈鐵馬，百戰沙場，安內攘外作先鋒......”杜聿明將軍的歌聲引起了將士們的共鳴，許多官兵都開始跟着唱了起來。“徵旗耀，金鼓響，龍騰虎躍軍威壯，忠誠精實風紀揚......”
慷慨激昂的歌聲在崑崙關上回蕩着，那歌聲彷彿穿過了硝煙穿過了戰場，一直穿過了九宵雲外。這是中國人不屈的精神，這是中國軍人鋼鐵般的信念，這是任何外敵都無法征服的民族氣節。
這次崑崙關之戰堪稱血戰，共殲日軍4500人，第5軍傷亡高達15000人。崑崙關克復後，崑崙關高地日軍盈屍便野，無一生還，山上山下到處可見千人針、佛像、護身符、太陽旗和武運長久的白布條。日軍在好幾處地方焚燒過陣亡官兵的屍體，甚至有的還沒有燒完。戰鬥結束後，精疲力竭的第5軍將崑崙關陣地交給了第99軍和26軍接防，全軍奉命轉移到思隴、賓陽地區進行休整補充。
崑崙關拿下了，“關門”的任務結束了，接下來就該白崇禧的“打狗”計劃了。爲此，白崇禧召集所有參戰部隊的高級將領開會，商討光復南寧的作戰計劃。在會上，白崇禧對各位高級軍官們說道：“成功成仁，在此一戰！”會後，桂系大軍兵分三路會攻南寧。可是三路大軍圍攻南寧數日，非但沒能拿下南寧外圍陣地，反而還白白損失了部分兵力。白崇禧嚴厲的警告前線的各位將領，“停滯不前者殺！作戰不力者殺！”在白崇禧的嚴令下，三路大軍又開始恢復了進攻。可是這三路大軍始終都不肯使出全力，進攻了三日依然是毫無建樹。
但是，日軍絕對不會給白崇禧太多的時間。就在南寧久攻不下的時候，日軍新調來的兩個師團，在海軍艦艇的掩護下，在越南海防港登陸，與龍洲、憑祥之敵相互配合，全面佔領了越南。佔領越南後，日軍主動放棄了廣西，第5師團在海軍艦隊的接應下，主動撤退從海上撤出了桂南。桂系軍隊一直尾隨日軍追到了海邊，纔算“光復”了桂南的全部失地。只是桂系的高級將領們知道，這次廣西的抗日作戰，桂系軍隊可是丟了人了，面對蔣介石的嘲笑，他們硬是不敢反駁。