昆仑关上的日军拼命告急，但奉今村均命令增援昆仑关的台湾混成旅团林义雄大佐第一联队、渡边信吉大佐第二联队却在邕钦路上遭到桂系第一七五师的拼命挡住，根本不能及时赶赴昆仑关。其中渡边联队在陆屋之线遭遇中方第524团的阻截，激战三日不能通过，渡边大佐被击毙，残敌只能逃回钦县。在这种情况下今村只能命令奔袭龙州、镇南关的第九旅团抽出1个半大队乘坐105辆汽车返回驰援昆仑关。
由于昆仑关之战的结果可能影响蒋系在对日妥协中的底气，因此蒋中正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。”
在蒋的严令下，杜聿明随即召开军事会议分析两得两失的教训，与会者纷纷提及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。于是杜决定改变战法，集中优势兵力，从外围攻击各据点，逐渐缩小包围圈。
1月21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。同在21日上午，中方还获得另一个好消息，在昆仑关主攻阵地上，调拨给第二百师指挥的荣一师第三团团长郑庭笈，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。中方的炮弹准确击中目标，日军军官死伤惨重，就连战场最高指挥官的日军第廿一旅团长中村正雄少将也在炮火击送命，中下级军官更是几乎一扫而空，以至于日军不得不空投军官来补充作战。
中村阵亡的消息最终迫使今村均下令调回整个第九旅团。
是日，及川少将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，唯恐该股敌人增援昆仑关导致华军进攻失败，遂急电西路军总指挥夏威：“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。”
白的命令不可不谓严厉，然而夏威却阳奉阴违。早在冯璜于12月18日接任第一七五师师长时白崇禧对其交代：“现在大敌当前，第十六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。”而当时身为第十六集团军司令夏威却交代冯璜：“抗战是相当长期的，不可把本钱一下赌光。”
白崇禧连桂军老部队都不能如臂使指，结果只能让日军主力毫无阻挡的返回了南宁。
中村正雄被击毙后，第四十二联队长坂田元一受命代理第廿一旅团长。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。于是除调回第五军全部兵力猛攻昆仑关之外，加配叶肇第卅七集团军所属之第六十六军和作为总预备队的第九十九军两个师，将这五个师全部用于打击八塘以南敌人援军。
22日，重新部署的中方第五军加紧攻关，至24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”主力第廿一旅团已成瓮中之鳖！
不过此时日军及川支队已经完好无损的返回南宁，于是对于前线而言，时间已经非常窘迫了。为此戴安澜亲率两个团兵力，以大刀、铲刀和血肉之躯，一路斩草开路，割破日军设下满山遍野的铁丝网，向昆仑关最后一道大门---界首阵地发起猛攻。
界首高地位于昆仑关北，是日军最坚固的据点。戴安澜指挥郑庭笈团，于24日晚开始攻击界首高地，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。中国士兵组成敢死队，以手榴弹塞进日军据点的枪眼，不怕牺牲，终于在25日上午攻克界首高地，郑庭笈团9个步兵连，其中7个连长伤亡，甚至连郑庭笈身边的司号长也中弹牺牲。
至关紧要的界首高地既然落到了中方手中，昆仑关的易手便再无悬念。1940年1月27日，新编第廿二师邓军林团胜利攻克昆仑关并肃清了昆仑关全部残敌。
打扫战场时，在中村正雄尸身上搜出了一个日记本，该旅团长在战死前写到：“帝国皇军第五师团第廿一旅团之所以在日俄战争中有钢军称号，那是因为我的顽强战胜了俄国人的顽强。但是，在昆仑关我应该承认，我遇到了一只比俄国军队更顽强的军队。”
中方虽然抢在及川支队抵达前再度收复了昆仑关，但形势依然危险，第廿一旅团的剩余部队、台湾混成旅团的第一、第二联队仍在九塘至八塘间，再加上及川支队的数千主力又抵达八塘，一场更激烈的战斗随即展开。
第五军向南宁方向继续进攻的第一仗便在昆仑关至九塘间的441高地打响。
早在攻打昆仑关时荣一师便攻占了411高地北侧，日军顽强守卫这高地的南侧。30日，日军出动飞机对高地北侧狂轰滥炸，随后派出步兵大举进攻。荣一师守卫该高地的一个团加一个营近2000战士，战至仅剩百余人，但仍坚守阵地。31日拂晓，荣一师举全部残余兵力反攻，激战一整天，毫无进展，双方仍旧维持原有阵地。2月1日，杜聿明又调集第二百师主力及新遍第廿二师一部协同荣一师继续战斗，战况更为惨烈，双方死伤都极为惨重。入夜，日军抵挡不住败退九塘，战斗才宣告结束。
2月2日，荣一师因伤亡惨重，奉命撤出战斗移师思陇休整。第五军继续进攻。而败退九塘之日军也奉及川源七命令，于2日拂晓放弃九塘撤退至八塘固守。华军新编第廿二师进驻九塘。第五军则继续进攻八塘，日军拼死抵抗，战至9日，毫无进展。而第五军在经过苦战之后，伤亡甚重，人员疲惫，已经不适合战斗，于9日奉命转移至思陇、黄圩、太守等地休整。攻击任务移交姚纯的第卅六军接替。至此，国军第五军正式退出战斗序列。
日本大本营被中国军队的攻势震撼，派参谋本部参谋次长泽田茂从东京赶到广州；第廿一军则于1月26日派军副参谋长佐滕贤了、作战主任藤原五，陪同日军参谋本部作战主任荒尾兴功、中国派遣军副参谋长铃木宗作等到达南宁，但未能改变第廿一旅团的失败命运。
鉴于今村均企图亲自上阵并以第五师团全力为第廿一旅团报仇，并打算2月1日与中国军队开始决战，第廿一军司令官安藤利吉中将虽命令其固守南宁待援：“波集团（第廿一军）企图将有力兵团调至南宁，歼灭聚集于南宁方面的敌军。第五师团仍应确保南宁及附近要地，以利转用兵团之挺进。”于是从4日起，第十八师团、近卫混成旅团共1.5万人陆续从广州上船调往桂南。2月6日，日本第廿一军再度制定了《宾阳会战指导方案》，决定于2月下旬在宾阳以南地区实施决战。
2月10日，近卫混成旅团第四联队3000余人在钦州登陆。其一部千余人随后于12日在钦县、灵山交界的泗合坳地区与中方第四十六军第一七五师第524团激战三昼夜，近卫旅团虽然新锐，但依旧被顽强抵抗的中国军队击毙二百余人，并致使日军整个联队被第四十六军包围。不过日军虽伤亡惨重，可惜其主力仍由飞机掩护突围而去。
2月15日，白崇禧在迁江指挥所召开军政联席会议，商讨对付日军大反攻的对策。
此前，蒋中正曾于4日飞桂林，7日亲临迁江，与白崇禧、陈诚、张发奎、徐庭瑶、林蔚等讨论下步作战计划。当时白提议：“乘敌新败，援军未到，倾新到广西的李延年第2军、甘丽初第6军、姚纯第36军、傅仲芳第99军会同第5军等部队，发动攻势，一举收复南宁。”蒋批准了这个计划。第二天，正当白崇禧发布部署命令准备开战时，返回柳州的蒋接到在香港与日方密会的谈判代表的绝密电文。虽然蒋并不怕日本方面提出一旦第五师团被歼将视为中日谈判彻底破裂的威胁，但不可避免的产生了动摇。于是蒋致电白，推翻头一天的会议上的决定，从而迫使白崇禧只能改变作战部署，导致中国军队全部进入固守状态，最终使得日本方面赢得时间从容部署直至发动反攻。
正是因为蒋的犹豫不定，造成了当前的被动，为此与会者经过讨论决定：徐庭瑶指挥第二军、第卅六军、第九十九军为中路军，固守九塘、昆仑关一带；以甘丽初第6军为右翼军，向三庄岭方向侧击日军；以叶肇第六十六军为左翼军，在甘棠方向阻敌。
这个部署与7日会议决定的部署相差了整整十万八千里！那个被蒋否定的决策，是个乘敌空虚迅速进攻的决策；现在实施的决策，则是被动挨打的防守决策。以华军目前的实力，一场大的灾难已经难免了。
更要命的是，白崇禧没有料到日军会采取包抄战术。17日，安藤利吉中将亲临南宁指挥反攻。18日，日军开始反攻：第五师团主力、近卫混成旅团主力、台湾混成旅团主力由今村均指挥沿邕宾公路向昆仑关进攻；第十八师团全部和近卫混成旅团一部，由久纳诚一指挥，沿邕江南岸东进，在永淳渡江北上，迂回包抄昆仑关后路
。尽管今村均指挥的正面进攻遭到中国军队顽强抵抗，但白崇禧发现：日军真正主力在甘棠方向！它极其严重地威胁了昆仑关一带的中国军队。白崇禧紧急命令刚从广东调来的邓龙光第卅五集团军之第六十二军急进甘棠；第四十六军率其主力第一七五师由江口北渡郁江，协同阻击进攻日军；另以第六军第四十九师南下武陵圩，企图阻止敌军北上宾阳。不过，这些措施均已太迟了！日军司令安藤下达命令决定2月19日开始总攻：“此次作战的胜败，即在明日一日之决战，望全体官兵努力奋战，期其必胜。”
不知道出于心虚还是其他什么原因，蒋介石又恰恰在日军开始总攻的这天，命令第四战区长官张发奎接替白崇禧指挥桂南战役，于是酿成更大的灾难。
新官上任三把火的张发奎上任伊始即命叶肇第六十六军固守原阵地，并须侧击日军。张还命令所有增援部队向甘棠集结，预定2月20日向日军甘棠部队发动攻击！而此命令尚未传达到各部，日军的总攻就开始了！
既然胜利无望，桂系出身的叶肇便擅自命令所部稍微抵抗即向黎塘、陶圩撤退，根本不理会他们的防线背后没有设置预备队！这导致中国军队阵线彻底崩溃。日军不费吹灰之力便向宾阳长驱直入，日军飞机又炸毁了设在宾阳的第卅八集团军总部，通讯中断导致战场一片混乱。20日下午，日军开进宾阳县城。在九塘、昆仑关防御的第九十九军、第卅六军、第二军及第六军，失去集团军指挥后尚且能各自为战，但在宾阳失守、后路被断的情况下终于撑不下去了，全都仓皇逃窜，沿山间小路各奔东西。
21日，今村均部队顺利夺取九塘、昆仑关等阵地。第二军副军长兼第九师师长郑作民中将在撤往上林时中炮身亡。22日，日军占领上林，24日占武鸣，25日占黎塘。可怜第五军将士浴血奋战半个多月才攻占的地盘，顷刻间灰飞烟灭。
2月23日上午，安藤利吉到达宾阳，当晚宣布“宾阳会战已结束，应将兵力集结南宁附近”之命令，到26日，日军各部停止追击，返回南宁。血战过的昆仑关上，日军题大幅标语留念：“我皇军击溃蒋军三十余师，已璧还宾阳、昆仑关各地。”同日，第四战区司令长官张发奎宣布：“当前已无反攻南宁的必要。”整个桂南战役到此结束。