第5師團爲鞏固對南寧的佔領，以第9旅團主力守備南寧，以第21旅團和騎兵第5聯隊繼續向北推進，追擊中國軍隊。南寧以北有兩條主要公路，一條向東北經崑崙關通往賓陽，一條向北經高峰隘通往武鳴（南寧以北約20公里）。中國第16集團軍判斷日軍必將進佔高峰隘和崑崙關，乃令各部與日軍保持接觸，遲滯日軍北進，並令第188師在崑崙關佔領陣地，掩護集團軍主力向上林、賓陽、武鳴間地區轉移。12月1日，日軍攻佔高峰隘，4日攻佔崑崙關，各以一部擔任守備，與中國軍隊形成對峙，主力返回南寧。12月17日，日軍第5師團又以第21旅團第11聯隊向鎮南關、龍州突進，達到了戰役預期目的。日海軍航空兵則準備以南寧爲基地，轟炸滇越鐵路和滇緬公路，企圖徹底切斷中國西南的國際交通線。
接着，日軍暫停進攻，調整部署。雙方以崑崙關一線山地爲界，暫時對峙。該處山嶺延綿，無論往北往南，均爲平坦地勢。
日軍攻佔南寧後，中國軍事委員會與桂林行營感到事態嚴重，不但國際交通線被切斷，如日軍繼續北上，直搗柳州、桂林，將割裂各戰區後方聯絡幹線，日軍航空兵還可以此爲基地，轟炸內地重要目標，威脅西南大後方之安全，於是由湖南、江西、廣東、貴州各地緊急抽調部隊向廣西增援。至12月上中旬，先後到達崑崙關、賓陽附近的部隊有第5、第99、新20、第66、第36軍等17個師，並加強有炮兵和戰車部隊，駐桂林的空軍第2路（約100架飛機）也奉令歸桂林行營指揮，支援桂南作戰。
原本按照預定的計劃，第5軍和新20軍應該以步行或者乘車的方式，馳援南寧。但是，由於在前進道路上，到處都是從前方潰敗下來的桂系地方守備部隊的潰兵以及拖家帶口躲避日軍瘋狂燒殺搶掠的百姓，把本來就並不平坦寬闊的公路，擁擠得水泄不通，使得第5軍和新20軍人數總計9萬餘人的大軍在一路的行軍過程中，不得不經常走走停停，爲逃難的難民人流讓道。如果，第5軍是和新20軍一樣的步兵部隊也就算了，還可以走走山路，臨時繞個道，算是發揚一下風格。可是，問題就在於第5軍作爲軍委會手裡的王牌部隊，第一支機械化的部隊，重型裝備實在太多。部隊的重裝備多的話，打起仗來是威力巨大，火力猛烈，誰都不會說不好，可是一到行軍的時候，這就成一個麻煩的事情了。本來，廣西地區山多林密，道路蜿蜒崎嶇，這個季節的天氣又不怎麼樣，行軍的時候經常遇到大雨，導致原本就不怎麼樣的道路，更加得難以通行。重型裝備經常在行軍的時候，陷在道路上的泥坑裡，動彈不得，不得不讓許多的士兵用繩子拉，用人推着才能繼續前行。所以，平時看上去威風凜凜的第五軍就變成了可憐的烏龜了，只能在糟糕的道路上，一點點地爬行。
所以，直到南寧陷落，第5軍和新20軍合組成的南下集羣，這支被軍委會和桂林行營寄予厚望的援軍部隊也沒有能夠抵達指定的作戰位置。
南寧既然已經陷落，南下集羣也就沒有必要在繼續向南寧方向前進了。
12月5日，第5軍主力榮譽第1師、新22師及軍直屬部隊以及配合其行動的新20軍已經到達遷江附近地區，奉命在崑崙關北面的賓陽及其以北地區佔領陣地。接着而來的壞消息，就讓劉建業更加明白了自己的部隊即將和第五軍一起擔負攻打崑崙關的任務了。
既然，現實所發生的一切幾乎都是和劉建業所想得一樣，那麼劉建業也就不客氣了。他在部隊還沒有接到攻擊崑崙關任務的時候，就先把軍部直屬特務團的一個偵察連，化裝成平民以後，由一羣剛補充到部隊裡的原籍在崑崙關附近的廣西民團士兵帶領，前往崑崙關一帶爲部隊即將開始的行動，做好一些必要的準備。當然，他們能夠做得怎麼樣，收到什麼樣的效果，劉建業自己也沒有什麼把握。
崑崙關位於南寧東北100千米處，南寧到賓陽的公路中段，賓陽縣城西南方30.5公里處，與邕寧縣交界的昆關山東側，是賓陽西南之門戶，海拔六百米左右。沿途地形複雜，屬於典型的喀斯特地形，羣山疊嶂，蒼峰似海，綿延不絕，懸崖深谷到處可見，制高點多、易守難攻。它雄踞兩山之間，中通隘道，北高南低，崑崙關正覆壓在迂迴曲折的山道之中腰，好比食道之咽喉，實爲扼南北往來之要塞，大有“一夫當關，萬夫莫開”之勢。這裡只有一條公路通過，是將幾百年前的舊式驛道加寬改建而成的，是大西南交通線邕賓公路上的重要關口，戰略位置十分重要。日軍攻佔崑崙關後即可北上攻擊廣西重鎮柳州、桂林，切斷湘桂鐵路，進入中國腹地湖南，威脅正在孤軍奮戰又事關全局的由薛長官指揮的第九戰區，形勢對中國軍隊是災難性的。
桂南抗戰形勢萬分危急，關係全國戰局，焦頭爛額的最高統帥和重慶國民政府軍事委員會爲了制止局勢進一步惡化，扭轉戰局，決定動用戰略預備隊發動反擊。我最高統帥部最初考慮，日軍初犯桂南，兵鋒正銳，而我軍在這一地區的六師部隊(不包括第5軍三個師)經連日激戰，損失甚大，乃指示桂林行營迅速調整部署，慎重應敵，不可企求速勝。同時命令桂南我軍各部，加緊對敵遊擊騷擾，破壞道路橋樑及通訊設施，拒阻日軍繼續深入，以掩護我反攻部隊集結。但白主任等行營高級將領認爲，日軍侵桂是策劃巳久的行動，意在截斷我西南國際運輸線，若坐待敵人從容恢復交通，增調裝備精良之援軍，不獨使我軍日後反攻作戰十分艱難，也使今後抗戰時局更加險峻。不如趁日軍目前在桂南兵力分散，南寧附近僅有四個聯隊兵力，除少數山炮外，其重兵器及機械化部隊無法施展威力，給養補充亦困難之機，迅速反攻。況我機械化之第5軍業已抵達遷江集結，無論兵力、裝備都較敵優勢，倘能抓住戰機主動進攻，一舉收復南寧的可能性是很大的。第38集團軍總司令徐將軍、第5軍軍長杜光亭和劉建業也持相同看法，先後向最高統帥部提出了反攻建議。作戰計劃的關鍵就是必須迅速攻克崑崙關。對於眼下的中國軍隊來說，無論如何，不惜一切代價，也必須奪回崑崙關。
崑崙關以北的中國軍隊，由白主任的桂林行營指揮，下轄張長官的第四戰區和夏將軍的第16集團軍，連同廣西教導隊獨立步兵第一團至第四團，原先的總兵力約六萬人。
爲了對佔據南寧的日軍部隊構成更大的優勢，中國軍隊在桂林行營的命令下，繼續在這裡集結。第五軍集結了榮譽第一師和新編第二十二師，裝甲團、騎兵團、炮兵團和工兵團也全部抵達，當時中國裝備最精良的一個軍全員上陣。第二十六集團軍，第三十七集團軍，第三十五集團軍，以及第五軍所在的第三十八集團軍，也陸續開到。第三十八集團軍，包括第二軍、第六軍、第九十九軍和第三十六軍。中國軍隊集結起來的的作戰部隊連同輔助部隊，兵力共達三十餘萬人。劉建業所率領的新編二十軍，奉桂林行營之命臨時配屬於第三十八集團軍，繼續和第五軍共同行動。
12月6日，最高統帥部覆電桂林行營，同意並指示桂南我軍迅速反攻南寧之敵。桂林行營據此擬定了反攻作戰計劃，其大致部署是：將桂南我軍劃分爲東、西、北三路軍。由第38集團軍總司令徐將軍擔任北路軍總指揮，指揮第5軍和新編20軍，作爲主力作戰部隊，迎擊沿邕賓路進犯之日軍，重點攻擊崑崙關，然後在東、西路友軍配合下收復南寧。考慮到日軍已控制崑崙關、高峰隘等險要陣地，增加了北路軍反攻作戰的困難，桂林行營是把最強大的一個集羣用在了北路，對這一路部隊是寄予了厚望；由新任的第26集團軍總司令蔡將軍擔任東路軍總指揮，指揮第46軍(欠一師)及部分地方武裝，在敵後遊擊騷擾，並破壞邕江南岸及邕欽公路交通；由第36集團軍總司令夏將軍擔任西路軍總指揮，其第1縱隊(第170師、135師)負責攻擊高峰隘，吸引日軍主力，其第2縱隊(第131師、188師)擔負破壞敵後交通任務，並切斷邕賓公路，阻止南寧日軍增援，孤立崑崙關之敵。第99軍的三個師部隊，作爲反攻戰役的戰略預備隊。
在崑崙關和關南，有日本第二十一軍的一部，下轄今村均第五師團和海軍陸戰隊，擁有七十多艘軍艦和大約一百架飛機，共計約三萬人。後期又有近衛混成旅團和久納師團的一個旅團抵達，兵員總數約十萬人，實際參戰的總兵力有四萬五千人。
根據桂林行營下達的作戰計劃，第5軍和新編20軍自接到主攻崑崙關的任務以後，就積極進行各種攻擊準備。當時鄒圩以南迄崑崙關間之道路橋樑及通訊設備已破壞大半，現在忽然又接到反攻命令，各師只好組織部隊和民夫星夜搶修。
本來，坐鎮重慶統籌全局的最高統帥向來對於不是自己嫡系人馬的將領是疑人也用，用人也疑，更何況十多年以來一直和自己明爭暗鬥不休不止的桂系首腦了。身爲桂南會戰最高指揮官的白主任，屢次請求不準，便只好求他的下屬，最高統帥的嫡系將領杜光亭軍長越級請求，結果還是不行。最高統帥遲疑不決，貽誤了最佳戰機。但是，日軍指揮官過於輕敵，給中國軍隊留下了一些機會。日軍接獲漢奸密報，說崑崙關以北已有十多萬中國軍隊集結，今村均認爲是“不可能的事”，未予理睬。而日本的更高層還寄望於繼續開展“謀略工作”，策動桂系反叛——分裂的中國，無疑是有利於日本侵略的。
還在8月間，日本駐上海的特務機關，便派出漢奸策反第五戰區的李長官、桂林行營的白主任和號稱雲南王的龍主席，要求他們倒蔣，日軍將對他們的行動給予協助。日軍的要求遭到拒絕。12月10日，今村均發出通電《致李、白將軍書》，表示尊敬李長官和白主任治理廣西的業績；說什麼這次進攻南寧，只是爲了切斷重慶政權的交通線，希望兩位將軍洞察世界大勢，促進日華提攜。如果他們執迷不悟，要奪取南寧，日軍的南寧駐屯軍必勝無疑。最後，今村均說：“對在南寧戰鬥中戰歿之將軍部下四千二百餘名勇士，我軍已予合葬於南寧中山公園，鄭重供祭，尚乞安心。”
但是，接到日軍誘降通電的白主任不但沒有投靠日本，還向最高統帥要求發動反攻，可惜最高統帥直到12月7日才突下決心。第二天，白主任將軍委會的這個決定轉達各部，目標是“攻略崑崙關而後收復南寧”。
中旬，參加反攻作戰的各路中國軍隊的集結基本完成。爲了反攻的順利進行，最高統帥又派陳部長和廣西籍的同時與廣東部隊有着密切聯繫民國元老軍委會李委員監督白主任作戰，同時協調中央軍，桂系和廣東部隊這三個系統的部隊之間的關係。第四戰區的張長官也從韶關抵達遷江。
12月15日，白主任以桂林行營的名義，發出第一號反攻令。