为隐蔽作战意图，第２１军决定所有参战部队都在海南岛三亚地区集结。当时第５师团还远在黑龙江省齐齐哈尔准备对苏作战，１９３９年６至８月间，日本关东军与苏联军队在诺门坎地区发生大规模武装冲突，被苏军打败。日本大本营急速向东北增兵，第５师团由华北调往东北，列入关东军序列。９月，日、苏间达成现地停战协定，故１０月中旬第５师团得以调出。接到命令后，于１０月下旬紧急车运至大连、旅顺，转乘轮船南下，于１１月７日到达三亚。台湾混成旅团于１１月９日由广州运抵三亚。第２１军司令官安藤利吉也于１０日到达三亚，完成集结，待命出动。
会战初期，日军参战兵力３万多人；随着中国军队反攻的增强，第２１军又于１９４０年１月初将第１８师团和近卫混成旅团投入作战，使参战陆军兵力达到７万人左右。另海军第５舰队有航空舰１艘、巡洋舰３艘、飞机约７０架。
二、 第四战区的防御部署
中国军事委员会、桂林行营（主任白崇禧）和第四战区（司令长官张发奎）认为日军在华南的兵力有限，对日军由钦州湾登陆攻取南宁的行动都估计不足，缺乏必要的准备。１９３９年９月第一次长沙会战后，军事委员会主要注意力仍在武汉—长沙方面，判断日军可能集中更大兵力再次进攻长沙，计划由第二、第三、第五、第九战区各向当面日军发动冬季攻势，牵制和打击日军，特别是牵制武汉方面的日军。桂林行营负责指挥长江以南第三、第四、第九战区的作战，为贯彻军事委员会意图，也在湘赣方面集结重兵，准备采取攻势，而令第四战区采取守势。第四战区所属８个军、１８个师大部集结于广东，在桂南只有第１６集团军。为了加强冬季攻势中使用的兵力，张发奎又将原在鹤山、高明的第６４军调走，第１６集团军仅剩第４６军、第３１军共６个师，分布在由南宁至广东新会约８００公里的正面、２００公里以上纵深的区域内。其中第４６军部署于南宁至钦县、灵山、玉林、北海、廉江间地区，保护中越交通运输线；第３１军部署于第４６军左翼从桂平、电白向东一直延伸到阳江、新会地区。该两军多是新编成的部队，装备较差，训练不足，战斗力不强。
第四战区和第１６集团军虽对日军进攻南宁的可能性有所估计，但认为日军从钦州湾登陆较困难，而且钦县至南宁的道路已被破坏，沿途多山，故从钦州湾登陆的可能性较小；而从雷州半岛的电白、吴川，或从北部湾的北海登陆较为容易，可能性较大。依此判断而制定了作战预案，在电白、北海、钦州湾各方向都部署了部队，构筑了阵地，设想了若干应付措施。但因兵力单薄、正面宽广、空隙较大，难以形成坚强防御。以此可见中国方面在会战初期必将陷入被动，不能阻止日军登陆和进攻。
中国方面初期参战兵力为１个集团军２个军６个师２４个独立团，约６万人，后期增加到４个集团军９个军２５个师，约１５万人，另有空军第２路，飞机约１００架。
三、 会 战 经 过
（一） 日军登陆及攻占南宁
日军于１９３９年１１月１０日在海南岛三亚集结完毕，１３日海军第５舰队５０多艘战斗舰艇组成大编队，掩护７０多艘运兵船从三亚（榆林）港启航，按照第５师团第９旅团、第２１旅团、台湾混成旅团的顺序开进。１５日８时１０分，第９旅团在钦州湾的企沙开始登陆。当时正值暴风骤雨的天气，更增加了登陆作战的突然性。守军为第４６军新编第１９师第５６团，兵力与火器都居于劣势，无法抗拒日军登陆，退守防城。１６日晨６时，日军第２１旅团在钦县以西的黄屋屯登陆；同日黄昏，台湾旅团在钦县以南的黎头咀登陆。日军登陆后，以第９旅团、第２１旅团和台湾混成旅团分三路继续发展进攻，１６日下午占领防城，１７日上午占领钦县。守军第１９师２个团节节抗击，且战且退。至１９日，日军先后占领小董、大寺、大塘、百济。日军在大塘稍事集结整顿，于２１日继续向南宁攻击前进。
中国第１６集团军为阻止日军进攻，在有限兵力内紧急调整部署，以第１３５师、第１７０师担任南宁和邕江北岸守备，以第１７５师、新１９师在邕钦路两侧袭击日军后方，破坏其运输补给线，以第１３１师、第１８８师在昆仑关以北集结为预备队。军事委员会也急调位于湖南衡山的第５军向南宁驰援。蒋介石致电白崇禧，严令第１６集团军确保南宁，等待援军。
但中国方面调整部署尚未到位，日军已于１１月２２日傍晚快速推进至邕江南岸，并于２３日拂晓在炮兵、航空兵掩护下实施强渡。守军第１３５师顽强抵抗。日军经２０多次冲击，强渡邕江后以第９旅团第２１旅团分别从西、从东南夹攻南宁。守军兵力单薄，挡不住优势日军的强大攻势，被迫北撤。日军于２４日上午占领南宁。随后，安藤利吉令台湾混成旅团负责警戒邕钦公路，在钦县设立兵站基地。他将南宁方面的作战指挥权交给第５师团师团长今村均，自己率军司令部返回广州。
第５师团为巩固对南宁的占领，以第９旅团主力守备南宁，以第２１旅团和骑兵第５联队继续向北推进，追击中国军队。南宁以北有两条主要公路，一条向东北经昆仑关通往宾阳，一条向北经高峰隘通往武鸣（南宁以北约２０公里）。中国第１６集团军判断日军必将进占高峰隘和昆仑关，乃令各部与日军保持接触，迟滞日军北进，并令第１８８师在昆仑关占领阵地，掩护集团军主力向上林、宾阳、武鸣间地区转移。１２月１日，日军攻占高峰隘，４日攻占昆仑关，各以一部担任守备，与中国军队形成对峙，主力返回南宁。１２月１７日，日军第５师团又以第２１旅团第１１联队向镇南关、龙州突进，达到了战役预期目的。日海军航空兵则准备以南宁为基地，轰炸滇越铁路和滇缅公路，企图彻底切断中国西南的国际交通线。
（二） 争夺昆仑关
日军攻占南宁后，中国军事委员会与桂林行营感到事态严重，不但国际交通线被切断，如日军继续北上，直捣柳州、桂林，将割裂各战区后方联络干线，日军航空兵还可以此为基地，轰炸内地重要目标，威胁西南大后方之安全，于是由湖南、江西、广东、贵州各地紧急抽调部队向广西增援。至１２月上中旬，先后到达昆仑关、宾阳附近的部队有第５、第９９、第６６、第３６军等１４个师，并加强有炮兵和战车部队，驻桂林的空军第２路（约１００架飞机）也奉令归桂林行营指挥，支援桂南作战。
１２月初，桂林行营判明日军在南宁及附近各地域的兵力不过４个步兵联队、１个骑兵联队及少量炮兵，其重兵器和机械化装备因邕钦公路被破坏，尚未跟进，其给养之运输补充也很困难，乃决心乘机向日军发起反攻，以期收复南宁。桂林行营将所有部队分编为北、东、西３路，其具体编组和任务是：以第３８集团军指挥第５军、第９９军为北路军，担任昆仑关正面及侧背之攻击，为主作战方向；以第２６集团军指挥第４６军第１７５师、新编第１９师、第６６军第１５９师及第１６０师为东路军，在郁江南岸及邕钦路两侧袭击日军后方，破坏其交通运输；以第１６集团军指挥第１７０、第１３５、第１３１、第１８８师和教导总队为西路军，向高峰隘方面攻击，牵制日军，并以一部进至南宁东北的四塘附近，阻止南宁日军向昆仑关增援，以配合北路军主力作战。空军第２路于战斗开始后向地面部队提供空中支援。桂林行营设前进指挥所于迁江。
１２月１６日，桂林行营下达作战命令，预定１２月１８日拂晓为攻击开始时间，以当时中国惟一一个全机械化军——第５军担任昆仑关正面的攻击。
昆仑关在南宁东北５０公里处，雄踞于蜿蜒起伏的宾（阳）（南）宁公路上，周围是连绵的山岭，地形险要，构成南宁的屏障。占领了昆仑关的是日军第５师团骑兵第５联队和步兵第２１联队第３大队。１２月１７日２０时，中国第５军荣誉第１师在炮兵和战车掩护下向昆仑关发起攻击，迅速突破前沿，向日军主阵地推进，与日军在各据点展开激烈争夺。同时新２２师向日军侧后迂回，当夜攻占五塘、六塘，破坏了五塘附近的公路桥，切断了昆仑关日军的退路，并阻止南宁日军增援。
日军第５师团师团长今村均鉴于昆仑关遭到中国机械化部队的强大攻势，情况危殆，急令第２１联队由南宁前往增援。第２１联队主力突破沿途中国军队的阻击，与昆仑关日军会合，增强了守备力量，但其后尾第２大队一出南宁便受到中国军队的侧击，在六塘和七塘附近陷入包围。
１９日，荣誉第１师继续猛攻昆仑关。中国空军也投入作战，向日军阵地轰炸扫射。战车部队曾一度突入昆仑关。日骑兵第５联队和步兵第２１联队伤亡惨重，阵地多处被攻破。第５军第２００师接替伤亡较大的荣誉第１师，继续猛攻，步、炮、战车协同，向日军不断冲击，至２１日，终于将昆仑关、九塘、八塘附近的日军第２１联队等分别包围。日军连日激战，后方被切断，得不到补给，粮弹极缺，只能靠日海军飞机直接向第一线空投补充；但因双方阵地十分接近，互相交错，又在中国军队炮火控制下，日军地面部队所能得到的空投物资很少。在多次战斗中，日军因无弹药，步兵只好拼刺刀。日迫击炮及野炮兵中队因炮弹已尽，惟恐被中国军队缴获，将炮埋于地下；又怕军旗为中国军队获得，已准备焚烧。有的士兵用竹子做成扎枪当武器，苦守待援。
与此同时，中国西路军第１３５师和１７０师一部于１２月１９日向高峰隘发起攻击，但未能突破日军阵地，日军增援部队反而绕到第１３５师侧后，形成对第１３５师的两面夹击，第１３５师遂向后撤退。第１３１、第１８８师和第１７０师一部则分别迂回到四塘、绥渌等地，切断了日军由南宁、龙州向北增援的道路。东路军第１７５师和新１９师也各向大塘、小董、钦县袭击，破坏日军后方交通联络，策应昆仑关方面的作战。
１２月２０日，日军第５师团为解第２１联队之围，又令第２１旅团旅团长中村正雄指挥第４２联队２个大队向昆仑关增援。中村支队上午１０时从南宁出发，在五塘附近遭到中国军队伏击，苦战５小时，强行突破，继续北进，遭到中国军队越来越有力的拦截，进展迟缓；至２２日拂晓，才勉强进到七塘；当晚再次向北突进，激战彻夜，才前进２公里。２３日下午１时３０分，第２１联队向第５师团和第２１旅团发出电报：“傍晚前旅团若来不到，第一线难以确保。”〔４〕但得到的答复仍是：要死守待援，不得已时可撤出第一线阵地，确保九塘或八塘。〔５〕２４日晨，第２１旅团在向九塘突进途中，旅团长中村正雄遭中国军队炮击，腹部被贯穿，延至２５日凌晨死去，部队由第４２联队联队长坂田元一指挥。至２５日８时３０分（即从南宁出发６天以后），才推进４０公里左右，到达九塘。当夜，以一个中队的兵力乘夜暗向昆仑关增援，并带去几万发子弹，稍微加强了第一线守备力量。在此期间，第５师团还从第９旅团、“台湾混成旅团”各抽调一部兵力驰援昆仑关，沿途也遭到中国军队坚强阻击，进展困难。
１２月２５日至２８日，中国军队稍事休整，调整部署，制定最后夺取昆仑关的计划。２９日凌晨，第５军在炮兵、装甲车协同下再次发起强攻，第２００师、荣誉第１师、新２２师与第１５９师均投入进攻。困守多日的日军虽仍在顽抗，但不足以抗拒中国军队的强大攻势。至３０日，大部阵地被中国军队所攻占。３１日拂晓，第５军在炮火支援下向昆仑关发起最后冲击，至１１时肃清全部日军，占领昆仑关，并继续向九塘、八塘攻击前进。１９４０年１月２日，第５军的荣誉第１师、新编２２师和第６６军的第１５９师对九塘、八塘实施围攻。４日，又以第２００师加入进攻。但因日军增援部队“台湾混成旅团”和第９旅团各一部已进抵九塘集结，守备力量增强，中国军队连攻７日，未能奏效，双方形成对峙。１月１１日，第３８集团军命令第３６军接替第５军防务，将第５军撤往后方休整补充。持续５０多天的昆仑关激烈争夺战暂时平静下来。当时称之为“昆仑关大捷”。这场战斗对鼓舞民心士气起到了积极作用。
（三） 翁源、英德和宾阳作战
１９３８年１０月下旬，日军攻占广州时，因兵力有限，将占领区限制在广州及其周围的狭小地区内，未经大本营批准，不得超越占领区以外作战，也不得扩大占领区。但广州日军在中国第四战区第１２集团军（总司令余汉谋）包围下，经常受到袭扰和威胁。第２１军为改善态势，于１９３９年８、９月间向大本营建议对第四战区和第１２集团军司令部所在地韶关发动一次攻势，歼灭第１２集团军主力，将占领区扩大到翁源、英德附近。日军还想以此战鼓励和支持汪精卫建立华南傀儡政权。汪精卫于１９３９年７月下旬专程飞往广州，利用其在两广的影响，拉拢与蒋介石素有矛盾的粤系、桂系和滇系将领反蒋，瓦解抗日军队和国民政府，但没有得逞。１１月１５日，大本营批准了第２１军的作战计划。但这时第２１军正在进行南宁作战，已无机动兵力可用，于是大本营又将第３８师团和近卫混成旅团从日本本土拨归第２１军序列，遂行向韶关的进攻作战。
第２１军待各部队集结完毕后，以第１８师团（师团长久纳诚一）、第１０４�