防守昆仑关的日军第5师团主力第21旅团的松本总三郎大队，以炮火和飞机对中国军队进行了猛烈的轰炸。
第5军的重炮兵团以及各师炮营同时开火。炮火延伸后，戴安澜指挥第200师与荣誉第一师开始攻坚，至夜晚，荣一师攻占了昆仑关附近的几个高地；第200师攻占了653、600两个高地，并一举攻占昆仑关主阵地。
19日中午，日军再次出动飞机狂轰滥炸，第21旅团的第21联队，由联队长三木吉之助大佐率领，夺回昆仑关。
昆仑关得而复失。21日，蒋介石对昆仑关战役进展缓慢不满，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。”
在昆仑关主攻阵地上，调拨给第200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。
炮弹击中目标，敌军官死伤惨重，乃至后来不得不空投军官来补充作战。日军第21旅团长中村正雄少将即是被炮火击中于24日身亡的。
12月23和24日，仅第5军正面进攻的两个师，伤亡就达2千余人，日本军伤亡也在千人以上。
昆仑关日军工事非常坚固，上两层下一层碉堡，构成交叉火力，中国军队攻击受阻。
战斗空前惨烈。戴安澜将军亲率两个团兵力，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28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29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，指挥官身边的司号长也中弹牺牲。
12月31日，中国反攻军队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道：
“帝国皇军第5师第21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，我遇到了一支比俄国军队更顽强的军队。”
日本战后公布，在昆仑关战役中，日军第5师团第21旅团，包括中村正雄少将旅团长、第42联队长坂田原一大佐、第21联队队长三木大佐以及第1、2、3大队的长官，该旅团班以上的军官死亡达85%，士兵死亡4千余人。
日军统帅部收到的报告中也称：“在昆仑关地带，中国军队比任何方面都空前英勇，值得我军敬意。”
战后的日军战史也称，昆仑关战役是：“中国事变以来，日本陆军最为暗淡的年代。”
“中国军队攻势的规模很大，其战斗意志之旺盛，行动之积极顽强，在历来的攻势中少见。我军战果虽大，但损失亦为之不少。”
昆仑关战役使日军第21旅团已经名存实亡。中国军队虽然伤亡14000余人，但基本干部仍健全。
中国军队能全歼日军一个精锐旅团，基本消灭了其各级指挥官，首次以攻坚战打败日本“钢军”的战例，在中国战争史上，涂上了一笔浓彩。
戴安澜指挥的第200师因战功卓著，全师受国民政府集体嘉奖一次，参战人员提薪饷两级。
师长戴安澜因指挥有方和重伤不下火线，荣获四级青天白日宝鼎勋章一枚，被蒋介石称赞为“当代之标准青年将领”。
会战中，中国的战车部队在与步兵的协调配合上，发挥了很大的作用。
会战后，戴安澜在上报的《陆军第200师攻略昆仑关战斗详报》中，总结了战车战法：
“敌常设各种侧防潜伏机关，攻击前应以小战车一辆先行搜索敌战防炮之位置，继以我战防炮及重炮兵器破坏之确实，将其消灭始可攻击前进。否则既不能发挥战车之威力，反遭无益之牺牲不若不用。例如，此次敌人在昆仑关作战不敢使用战车。战车使用无论攻防应构筑工事，以减少损害。”
1942年初，应美国和英国的一再要求，中国政府组建中国远征军。同年3月，戴安澜率所部万余人作为中国远征军的先头部队，赴缅参战。
当时广西民间武装力量普遍训练有素。游击队经过多次与日军的较量，军事水平逐渐强起来，加之有地形上和人数上的优势，所以日军扫荡占不到太多便宜，在多次战斗中反倒被游击队打得晕头转向。
这也跟日军在入侵广西遭到昆仑关战役沉重打击、四处挨打有关。邕宁在后方的抗日游击活动牵扯了敌人兵力，同时也支援了前方战斗，游击队在战斗中得到了磨砺，越战越勇。
1944年，强弩之末的日军为打通从华北到华南以至中南半岛的大陆交通线，发动了豫湘桂战役，11月24日再次攻陷南宁。
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