12月4日，日軍進占崑崙關，桂南會戰打響。12月18日凌晨，中國中央軍隊主攻昆侖關，戰鬥開始打響。12月30日第三次攻克崑崙關，中國軍方殲滅了日軍5000餘人，班長以上的軍官死亡達85%以上，擊斃敵少將旅團長中村正雄。國民政府對戰局演變並非一無所知，但當時廣西除了桂係部隊以外並無重裝部隊可供反擊。在日軍推進已到極限時，重慶方面才開始進行反擊行動，國民政府軍事委員會委員長蔣介石決定投入剛整編完成之中央軍第五軍以及其隸屬裝甲兵團，對廣西重要戰略據點崑崙關進行強攻。此戰也是少數國民革命軍為攻方、日軍為守方的戰役。該戰役於1939年12月18日開始，1940年1月11日暫告一段落。雖然至此中國軍方第五軍成功殲滅崑崙關之日軍及增援部隊，但因為損傷過重必須後撤整補由桂系友軍接手防衛任務。此時零星衝突不斷而崑崙關在戰役結束後曾再度被日軍佔領，直到同年2月24日，中國守軍才真正確定據守崑崙關戰略要點。