缅北和滇西反攻作战正在进行的时候，日军向中国广西方向实施的大规模进攻如入无人之境，在短短二十多天的时间里，日军向中国西南腹地推进七百多公里，而中国守军的不堪一击以及国土沦丧速度之快，不但令国内舆论大哗，也令盟军方面感到震惊。
日军进攻的是中国第四战区的防区。
第四战区已三年多无战事。
中国第四战区原辖广东和广西两省。一九四〇年初桂南会战结束后，蒋介石认为一个战区不便在两个正面作战，于是把广东省单独划出成立了第七战区，任命余汉谋为司令长官。由此，第四战区内仅剩下广西省，司令长官为张发奎。
广西是白崇禧的地盘，守军主力是桂系部队，将领们都听白崇禧的命令，凡涉及广西事务无论大小白崇禧也都一手包办，所以粤系将领张发奎很明智地采取忍为上的策略，一切由着白崇禧或是蒋介石操心。加之一九四〇年日军撤离广西后，广西境内没有敌情，张发奎在第四战区的日子过得很悠然。
如果说第四战区还有防务的话，便是需要警惕驻扎在雷州半岛和越南方向的日军。张发奎把战区主要防御兵力配置在南宁至钦州、防城港的沿海一线以及中越边境地带，至于广西与广东、湖南交界的桂东和桂北方向，他认为既然接壤第七、第九战区，有什么问题也是余汉谋和薛岳的事，第四战区没有必要在那里部署兵力。一九四四年夏，长沙和衡阳相继陷落，张发奎以为薛岳会将第九战区主力转移到湘西，以贵州和广西为大后方，这样第四战区依旧处于第九战区的护卫之下，日军不会威胁到他管辖的广西。但是，薛岳退守的是湘东南而不是湘西。
张发奎猛然意识到，桂北和桂东已经大门洞开，日军随时可能从湖南或广东冲进广西，于是紧急调动部队布防。由于多时无战事，临战之际张发奎才发现，号称拥有九个军二十一个师的第四战区，实际上因为长沙和衡阳作战，部队已被重庆军事委员会调得七零八落：第九十三军需要从四川綦江方向往回赶；参加长衡会战的第三十一军回撤后正在整训；第六十四军需要从广东往回抽调；第二十军、第二十六军和第十七军等部队，目前还在湖南南部与日军周旋；第四十六军、第六十二军和第七十九军，须从湘江边的祁阳及其西南地区进入桂北。以上部队大多经过长衡会战，官兵筋疲力尽，人员与装备急需整补，能够支撑作战的兵力加起来不足十万。至于对雷州半岛和越南方向的警戒，只能让保安团和地方民团承担了。
日军准备进攻广西的兵力庞大：湖南方向日军第十一军的第三、第十三、第三十四、第三十七、第四十、第五十八师团以及独立战车联队、第十四重炮队，广东方向日军第二十三军的第一〇四、第二十二师团以及独立混成第二十二旅团，雷州半岛方向的独立混成第二十三旅团。以上共计十余万日军，将从东北、东、东南方向对广西分进合击，大有一举荡平中国第四战区的凶猛态势。
日军主力第十一军刚刚结束衡阳血战，便立即发动对广西的攻击，其连续作战的动机、决心与能力，用一般的军事常识已无法解释。
“昭和十九年（一九四四年）的六月和七月，是日本和德国都遇到开战以来最大苦难的时刻。”
在欧洲战场，盟军于诺曼底成功登陆后，德军统帅部再次爆发内部危机，七月间发生的一次针对希特勒的暗杀事件，目的就是要立即中止战争。与此同时，盟军突破德军的“大西洋壁垒”，八月解放巴黎。在苏德战场上，苏军赢得列宁格勒战役的胜利，其间先后实施十次以上的大规模闪击，歼灭德军两百万人，将入侵者全部赶出了苏联国土。之后，苏军迅猛追击，攻入罗马尼亚、保加利亚、匈牙利和捷克斯洛伐克，其前锋直逼德国本土。
在太平洋战场，日军大势已去。麦克阿瑟制订了“雷诺”作战计划，决定以美军第七、第二十四、第九十六步兵师和第一骑兵师以及其他勤务部队共计二十万兵力，对日军第三十五军第十六、第十二师团仅三万人防守的莱特岛实施大规模登陆。为了挽救战局，日军大本营制订出“捷号作战”计划：由第十四方面军司令官山下奉文上将负责在菲律宾的吕宋岛与美军进行地面决战；由第三十五军司令官铃木宗作中将负责菲律宾群岛中部和南部的防御；对地面作战实施空中掩护的是尚有千余架战机的第四航空军。与此同时，日本海军也将集结起最后的全部力量，力求歼灭美国海军的太平洋舰队。——日军的“捷号作战”计划，“带有决战的性质”，是大本营为确保本土防御圈进行的最后一搏。
菲律宾群岛中的莱特岛，东面是萨马岛，西面是宿务岛，南面是棉兰老岛，盟军一旦夺取该岛，等于把菲律宾一分为二。麦克阿瑟率领的登陆舰队十分庞大：二十艘航空母舰、十二艘战列舰、一百多艘巡洋舰和驱逐舰，搭载着近二十万名官兵，在上千架战机的护航下，铺天盖地地向莱特岛扑去。十月二十日上午九时四十五分，几乎遮蔽了天空的舰载机首先轰炸滩头，接着美军第一骑兵师、第二十四步兵师、第九十六步兵师、第七步兵师依次排开，开始了太平洋战史上规模最大的抢滩登陆。日军在美军的狂轰滥炸下很快失去抵抗能力，美军登陆部队潮水般地席卷了莱特岛东海岸。下午二时三十分，麦克阿瑟乘坐登陆艇靠近莱特岛，然后在大批战的记者的簇拥下，他踩着海水重新踏上了菲律宾国土。——“我回来了！”麦克阿瑟说了这句他早已准备好并确信会刊登在世界各大报纸头条标题位置的话。
与登陆战同时进行的是莱特湾大海战。
西南太平洋的一系列岛屿失守后，日本如果再失去菲律宾和台湾，运送战争物资和补给的海上运输线将被斩断。日本海军联合舰队司令官丰田副武决心吃掉美军太平洋舰队以及莱特岛登陆部队。他策划的海上决战，充满了绝境中破釜沉舟的意味：由小泽治三郎指挥北方舰队的四艘航空母舰、两艘战列舰、三艘巡洋舰和八艘驱逐舰，从日本海南下直扑菲律宾，引诱美国海军第三舰队北上并与之决战；由栗田健男指挥中央舰队的三艘战列舰、两艘巡洋舰、十五艘驱逐舰以及日本海军最后的王牌“武藏”号和“大和”号巨型战列舰，从文莱启程秘密驶入莱特湾，歼灭失去了海面舰队掩护的美军登陆部队；由西村祥治指挥南方舰队前卫分队的两艘战列舰、一艘重巡洋舰和四艘驱逐舰，加上由志摩清英指挥的后卫分队的两艘重巡洋舰、一艘轻型巡洋舰和四艘驱逐舰，从琉球群岛出发加入到对美军太平洋舰队的合围中。
美军没有料到日本海军会倾巢而出。幸亏两艘执行巡逻任务的潜艇“海鲫”号和“鲦鱼”号在菲律宾群岛西面的巴拉望岛附近，从雷达屏幕上看见了可疑的回波，艇长麦克林托克中校和克拉杰特中校很快认定这不是雨云。靠近可疑目标并升起潜望镜，他们看到了不远处的海面上如高楼一般的巨舰——日本海军中央舰队的“武藏”号和“大和”号，是当时世界上吨位最大的战列舰，战舰全速前进时舰艏掀起的巨浪犹如小山。两位中校在向第三舰队司令哈尔西报告敌情后，朝着日本海军中央舰队发射出六枚鱼雷。
这六枚鱼雷，开启了人类战争史上最大规模海战的序幕。
日本海军中央舰队旗舰“爱宕”号瞬间起火，之后沉没；接着，重巡洋舰“高雄”号受到重创，“摩耶”号被炸成两截沉没，“东方”号被鱼雷击中尾部。这是双方都陷入混乱的时刻：日军还没开始作战就已损失惨重，更重要的是本想隐蔽前进，现在因行踪暴露随时可能遭遇美军航母舰载机的打击；美军方面，哈尔西接到了栗田健男的舰队自西向东驶入锡布延海的报告，他立即命令第三舰队的航母战斗群前往攻击。颇具戏剧性的是：小泽治三郎的北方舰队本是作为诱饵，但其大张旗鼓地航行却没有被美军发现；而秘密前进的栗田健男的中央舰队反而提前暴露了。
十月二十四日上午，美军舰载机升空了，直扑日本海军中央舰队的巨型战列舰“武藏”号。尽管为其护航的重巡洋舰“宫殿”号在猛烈的攻击中受到重创已退出战斗，但中了三枚鱼雷的“武藏”号只是摇晃了几下而已。直到七架美军舰载机利用云层掩护实施第五次攻击，两枚各重二百五十公斤的炸弹，分别穿透“武藏”号的前后甲板在舱内爆炸了。随着“武藏”号的起火，美军的鱼雷机蜂拥而至，数十架轰炸机轮番投弹，半个小时之内“武藏”号先后被十一枚鱼雷和十七枚航空炸弹命中。黄昏时分，这艘花费五年时间建造的巨型战列舰终于支撑不住了，二百六十三米长的巨大舰体翻转过来，与已经死亡的一千多名日本海军官兵一起沉入大海。与此同时，栗田健男的重巡洋舰“妙高”号受到重伤，战列舰“大和”号、“长门”号因中弹导致航速下降，驱逐舰“滨风”号、“清霜”号也因受伤返航。栗田健男不得不命令他的舰队立即转向，以迅速逃出美军航母的攻击圈。
而哈尔西留在战场东面圣贝纳迪诺海峡的特混舰队，此时开始受到日本海军北方舰队航母舰载机的攻击。尽管美军舰队火炮强大，但令官兵们震惊的是，日军战机不但不躲避对空炮火，而且迎着炮火径直朝军舰的甲板俯冲而下。一架日机撞到“普林斯顿”号航母的甲板上，引燃弹药库，伴随着爆炸的巨响，钢铁的残片和肢体的碎块腾空而起。“普林斯顿”号摇摇欲坠，完全失去了作战能力。旁边的轻巡洋舰“伯明翰”号靠过来企图营救，结果“普林斯顿”号的又一次爆炸使得“伯明翰”号燃起大火。哈尔西决订立即北上，迎战小泽治三郎的航母舰队。哈尔西第一次出动一百三十架舰载机，近一个小时的轮番攻击后，北方舰队的重型航母“瑞鹤”号严重倾斜，另外两艘战列舰受损。第二次，哈尔西出动一百七十架舰载机，击沉了“千岁”号航母和“秋月”号驱逐舰，重创了“瑞凤”号和“千代田”号航母以及“多摩”号轻巡洋舰。
晚上，日本海军南方舰队驶入莱特岛南面的苏里高海峡，布防在那里的美国海军第七舰队对其发起了攻击。这是世界战争史上最大规模的战列舰搏斗。美军舰炮的精准度以及火力强度都占据绝对优势，虽然夜间舰载机无法战斗，但美军已向这一水域派出了大规模的鱼雷艇。——日本海军战列舰“扶桑”号被鱼雷击中发生爆炸，舰体断裂沉没，“山城”号被鱼雷击中发生爆炸，舰桥崩塌沉没。重巡洋舰“最上”号燃起大火，最终被美军击沉。驱逐舰“山云”号被鱼雷击中发生爆炸沉没，“朝云”号中弹后舰艏断裂沉没，“满城”号和“时雨”号被鱼雷击中受伤……日本海军南方舰队一夜之间便不复存在了，而美国海军第七舰队只损失了一艘鱼雷艇。
就在第七舰队进行夜战的时候，受到重创的日本海军中央舰队又回来了。栗田健男认为，美军舰队主力正被南方舰队牵制，他杀个回马枪将起到出其不意的效果。只是，由于没有收到小泽治三郎的电报，他并不知道自己已经位于哈尔西的第三舰队的背后。二十五日拂晓，在莱特湾以北的萨马岛海域，中央舰队的观察哨报告：发现了哈尔西的第三舰队。实际上，日本人发现的是第七舰队的一支小部队——由斯普拉格少将指挥的只有六艘小型航母和四艘轻型驱逐舰的分遣舰队，其任务不是海战，而是对付潜艇以掩护陆军的登陆作战。——斯普拉格少将决心以自己微弱的力量，把日本海军的中央舰队死死缠住。
一声巨响穿透清晨的雾气，从巨型战列舰“大和”号上发射的巨型炮弹朝着斯普拉格飞了过来。
巨弹未落之际，轻型航母上的舰载机紧急起飞了。
斯普拉格没有对付战列舰的大炮和穿甲弹，他只有鱼雷和普通炮弹。普通炮弹对日本海军的战列舰不起作用，但鱼雷却把栗田健男的重巡洋舰“熊野”号和“羽黑”号击伤了。战斗中，斯普拉格的轻型航母“甘比尔湾”号被日军舰炮击沉，旗舰“方肖湾”号航母受到重伤。接近中午的时候，斯普拉格支持不住了，栗田健男的中央舰队大有一举冲进莱特湾的态势。这是一个严峻的时刻，也是太平洋战场上最莫名其妙的时刻：在栗田健男与麦克阿瑟之间，只有斯普拉格的这支小规模的分遣舰队。如果栗田健男冲入莱特湾，麦克阿瑟的登陆部队只能任凭日本海军舰炮打击，美军也许会因为后路断绝而令莱特湾登陆战功亏一篑。但是，栗田健男突然命令舰队掉头向北，也就是说，中央舰队在有望攫取胜利之时突然撤出了战场。至今，仍有人为栗田健男的这一命令争论不休：或许是他得知哈尔西的主力舰队正在南下，准备与他决战；或许是他得知麦克阿瑟已在莱特湾成功登陆，并在那里设下一个巨大的陷阱等着他去自投罗网。总之，日本海军最后的战机就这样悄无声息地流失了。
哈尔西的主力舰队确实正向南驶来，因为他接到了紧急增援斯普拉格的命令。只是，等到哈尔西的舰队赶到时，栗田健男的中央舰队已经向北远遁了。
莱特湾海战，日本海军被击沉航母四艘、战列舰三艘、重巡洋舰六艘、轻巡洋舰四艘、驱逐舰十一艘、潜艇一艘，其余参战舰只也受到不同程度的损伤。日本海军还损失了五百余架各种战机，一万多名海军官兵和舰载机飞行员死亡。
日军大本营终于意识到，战争可能到了最后时刻，并开始思及日本战败的后果：“以作战挽回败局已经无望”，“今后将逐步陷入穷途末路。为尽快求得结束战争，不得不依靠政略来谋求战争的解决，此时的条件只有保持国体这一条”。
绝境中的日军使用了一种极为特殊的攻击方式：自杀式攻击。
日军自杀式攻击队被称为“神风特攻队”。
成立于一九四四年十月的“神风特攻队”，其倡导者是日本海军第一舰队司令大西泷治郎中将。面对全线溃败的危局，十月一日，大西泷治郎召集航空队的飞行员开会，决定组织“驾机撞舰”特别攻击队——驾驶载有一千公斤烈性炸药的飞机追踪目标并与之同归于尽。“神风特攻队”队员均为十八岁至二十五岁的青年，执行任务前可以与亲人或女人相处三个月。出击前写下绝命书，然后被关闭于机舱内；起飞时不带降落伞，起飞后供降落使用的起落架自行脱落——只要飞上天空，除了俯冲之外，没有任何其他选择的可能。
日军于一九四四年下半年开始的自杀式攻击，极具象征意义，因为此时的大日本帝国除了“玉碎”之外，确实没有其他选择了。这就可以解释，为什么在大势已去之时，尽管日军大本营以及中国占领军的将领们，谁都说不清打通中国大陆交通线到底对行将崩溃的战局能够产生何种裨益，但日本人还是固执地要把这场大规模的野战继续进行下去。在太平洋战场上，日本的“绝对国防圈”无论是海上还是陆地都已被美军突破；在中国战场上，远征军的反攻作战已将日军赶出滇西，共产党抗日武装正在华北发动反攻。为了防卫日本本土、西南诸岛、台湾、菲律宾一线，日军大本营决定“在中国方面按预定计划推行湘桂作战，由大陆交通来弥补不安全的海上交通，并实行对美（以空战为主）作战的准备”。——日本人固执地认定，只要打通了纵贯中国大陆的铁路交通线，便可为保障日本本土安全建立起一条具有巨大回旋纵深的防线，让日本在战争危局中保有自如进退的通道和空间。
虽然从黄河岸边开始的作战已经打到湖南，而且还要接着向南打下去，但兵力补充以及物资供应的迟缓无法回避。更为严重的是，随着这条漫长战线的不断延伸，日军中国派遣军已无法切实指导即将深入中国西南腹地的湘桂作战。鉴于此，一九四四年八月，日军大本营决定在中国战场成立第六方面军，统一指挥位于华中的第十一军、位于华南第二十三军以及位于武汉地区的第三十四军，由华北方面军司令官冈村宁次改任第六方面军司令官。
“一九四四年八月二十五日，我被免去华北方面军司令官而充任第六方面军司令官。这种极其平常的人事变动，本无足怪。但其后仅隔三个月，又被转调他任，对于关系重大的方面军司令官职务变动如此频繁，使我感到诧异和不满。”冈村宁次在第六方面军仅仅待了三个月，就被调去南京任侵华日军（即中国派遣军）总司令官。大本营这种混乱的人事变动，显露出日军核心军事机构已经乱了方寸。冈村宁次不由得想起年初一位日本和尚给他算过的命：“本年截然不同于前两三年，命运将有极大变化。”——冈村宁次不知道自己的命运是否也就是日本的命运。
更令冈村宁次心情恶劣的，是他赴任路上的所见所闻。日军第六方面军司令部设在武汉，武汉会战期间他曾任第十一军司令官，而此时的武汉已经荒凉如废墟，全城“连个中国人影都见不到”。在专门招待日军飞行员的旅社里，“青年军官因频频出征，常有去而不回者”，招待员也是一脸凄凉的神态。由于日军完全丧失了制空权，以前“在汉口、九江之间，往来内地之大型运输船常达三四十只，如今连十吨左右的小汽船均被敌美空军炸光”。第六方面军的战斗指挥部设在湖南衡山，原本从武汉乘飞机到衡阳，然后再换汽车，半天便可抵达，现在至少需要三天，即使乘飞机也只能是小型侦察机，而且还须数架战斗机护送。而要想南下广州方向的第二十三军，则更是危险，必须绕飞台湾才可勉强抵达，不然冈村宁次很可能成为第二个山本五十六。
由于此前在湖南境内的作战十分艰难，攻占衡阳的时间比“一号作战”计划规定的晚了一个多月，在九月中旬攻占广西的桂林和柳州已不现实，于是大本营对“一号作战”计划进行了修订：广东方向的第二十三军于九月上旬自西江两岸发动攻势，向西挺进，攻占广西与广东交界处的梧州附近地区，十月下旬前完成攻击柳州的准备；湖南方向的第十一军于九月下旬从衡阳附近发动攻势，向西南方向挺进，攻占位于湖南与广西交界处的全州，在十月前完成攻击桂林的准备。十一月，第二十三、第十一军发动包围攻势，捕捉中国第四战区主力，攻占桂林和柳州，视情况向贵州境内实施追击。而后，以三个师团的兵力攻占广东韶关，彻底打通粤汉铁路南段；同时，第十一军攻占南宁，打通通往法属印度支那的国际交通线。
一九四四年的中国战场，蒋介石既要面对日军从中原一直打到西南的贯通大陆交通线的作战，还要面对中国军队深入缅北和滇西打通中印公路和滇缅公路的作战，东西两面危难的战局令重庆军事委员会处在了腹背皆需苦战的境地。
早在日军围攻衡阳时，白崇禧就曾提醒蒋介石，日军攻下衡阳后必向广西继续推进，以便在占领平汉路、长衡路控制粤汉铁路北段后，打通湘桂、粤桂二线控制粤汉铁路南段。白崇禧认为，桂林城石山环绕，有很多岩洞可以藏兵，以抵御日军的炮击或轰炸；且当年为防止长征中的红军进入广西，桂军在湖南与广西交界处修筑了不少坚固工事。所以，广西是可以守一下的。只是第四战区兵力不够，须第七、第九战区与之联合作战。蒋介石立即命令军事委员会拟订桂柳作战计划，同时命令第四战区迅速调动部队前往湘桂交界处的全州和黄沙河一线准备阻击日军。八月二十四日，桂柳作战计划颁布，至少丛书面上看三个战区是联合行动的：
第一期（敌未突破衡阳以西我现设主阵地以前）
一、第九战区：
（一）湘江以东各军，就现态势续行攻夺要点，牵制消耗敌人，并相机击破之。
（二）湘江以西各军，调整如次：
1.李玉堂（归王耀武指挥）指挥第三十七军（该军主力刻在湘江东岸）、第六十二军、第七十九军、第四十六军之新编第十九师及彭璧生部，以有力一部，于现阵地占领前进阵地与敌接触；其主力于茅洞桥、新桥之线占领主阵地；并抽调一部于鸡笼街附近，积极整备，构筑预备阵地。但第三十七军之主力，应暂控制于松柏西南地区，与主阵地之右翼联系。
2.王耀武直辖第七十三军、第七十四军、第一〇〇军。
（1）第七十四军（欠第五十七师），以一部于现阵地占领前进阵地与敌接触，其主力于新桥以北蒸水西岸占领主阵地；并控置于金兰寺一带，积极整备，构筑预备阵地。第五十七师到达邵阳后，择要构筑工事，积极整补，准备作机动使用。
（2）第一〇〇军，以一部攻击永丰东南之敌，其主力控置于界岭一带（永丰、邵阳间），积极整备，构筑预备阵地。
（3）第七十三军，以原态势向敌攻击。
（三）第四十六军，先抽调控置部队一个师，集结于柳州，并担任柳州之防务，其余一个师（新编第十九师），仍在现地服行原任务，与敌保持接触。
（四）湖南作战各军，除服行原任务外，应以小部队为单位，附必要工兵及爆破器材，编成多数之游击队（每军抽调之兵力，不得超过二个团），采取避实击虚战法，轮番袭击敌之水陆交通，并与空军配合，使敌补给困难。
二、第四战区：
（一）第四十六军之一个师，调柳州后，将第三十一军（欠第一三五师）移至桂林，担任固守。
（二）第九十三军，以一部占领黄沙河阵地，以主力防守全州。
（三）南宁以南各部队，防守现阵地，继续加强工事。
（四）发动地方武力，积极予以组训，并分别酌设机构，俾收统一指挥之效。
（五）南宁、郁林（玉林）以南各公路及敌可利用之交通线，应继续发动民众彻底破坏之，并切实疏散各交通线之壮丁及粮食、物资，加强坚壁清野。
（六）扩修独山机场，俾我空军始能发挥威力，由航空委员会另拟办法呈核。
三、第七战区：
（一）以现态势防阻敌人（即在粤汉路南段者，以主力利用南北各山险及既设阵地，持久作战），以六个团兵力（必须以一个建制师为骨干），固守曲江。
（二）依状况先抽调两个师，秘密开赴连山、梧州构筑工事，并固守之。
第二期（敌突破衡阳西侧我现阵地后大举侵桂时）
一、第九战区：
（一）李玉堂所率第三十七军，转移湘江西岸，第六十二军、第七十九军及彭璧生部，转移湘桂路以南地区，而王耀武直属各军，则在湘桂路以北地区，并以邵阳为根据地（须以有力一部固守之），积极夹击，侧击西犯之敌。
（二）其他第九战区各部队，亦应于公路西侧攻击敌人，予以牵制消耗。
（三）游击部队，继续袭扰困疲敌人，并断其后方补给交通。
二、第四战区：
（一）第九十三军之任务，以一部占领黄沙河，以主力死
（二）敌如钻隙深入桂林附近，则适时抽调第四十六军及第七战区转用之两个师，协力守军包围而歼灭之。
（三）南宁以南各部队，采机动战法，但如可能，仍依既设坚固工事，极力拒止敌人，俾能确实掩护柳州以西我后方交通。
（四）越北敌如犯河田路，则以桂绥独立第三团（主力在龙州，一部在靖西），向田东逐次转进，阻击敌人。
（五）利用地方武力，配合正规军，积极打击敌人。
三、第七战区：
（一）准备以一军长率领两个师，适时参加桂林决战。
（二）梧州仍留一个师固守之，并另以西江两侧之挺进部队及地方团队，准备攻击沿江西进之敌。
日军第十一军围攻衡阳时，蒋介石曾调集中国军队的五六个军驰援衡阳。衡阳之战结束后，日军为进一步攻击广西，其第三十七师团八月中旬从长沙向西南直扑邵阳；第三师团和第十三师团则分别渡过湘江和舂陵水直扑常宁及其以西的白水；衡阳附近的第四十师团和第八师团则沿着湘桂铁路向西攻击——日军第十一军试图扫清聚集在衡阳外围的中国军队，把攻击前锋推至广西边境。重庆军事委员会立即命令王耀武的第七十三、第七十四、第一〇〇军，从湘江以西战场向湖南中西部的新化地区收缩，以守护川黔门户；命令湘江以西的第六十二、第七十九军沿着湘桂铁路逐渐西退，节节阻止西进的日军，为第四战区的战备赢得时间。
九月八日，第七十九军退到湘南与桂东北交界处的东安、冷水滩一线，试图迟滞日军第十三师团的推进。日军一部装扮成中国官兵，与便衣队一起迂回到第七十九军军部附近，军长王甲本命令第九十八师奋力抗击，同时率领军部人员迅速转移。九日拂晓，第七十九军军部和手枪排行进到红炉寺与东安之间的山口村时，突与日军遭遇。王军长走在警卫营的前面，后面的部队距他还有二三百米，当他看见前面出现了日军时，由于日军身穿中国军队的军装，王军长误认为是友军，继续前行，距离日军数十米才发觉情况不对，随即拔枪射击，当面日军的机枪子弹密集地飞来，手枪排官兵在激战中全部阵亡，王军长和副官多处负伤——“旋有敌兵三名，用刺刀和大刀将军长王甲本砍死。随即我后续部队赶到，将敌击退。”
四十三岁的军长王甲本是云南人，早年毕业于云南讲武堂第十四期炮兵科，加入滇军部队参加过北伐诸战役，后在国民革命军第五十一师任旅长、第九十八师任师长，其间毕业于陆军大学将官班。全面抗战爆发后，王甲本率部抗敌，屡建战功，曾率第九十八师与新四军第三支队在安徽宣城联合痛击日军。连续三次参加长沙会战，第二次会战中率部阻击日军两天三夜，战后被誉为“硬战将军王甲本”，不久晋升为第七十九军军长。
十三日，日军第十三师团第一〇四联队推进到湘桂交界处的黄沙河附近——“重庆军抵抗微弱，第一线中队轻而易举冲入敌阵地。然而，阵地主体为以混凝土构筑并有带掩盖的火力点，联队长当时说‘真是精心构筑’，但又多少有些不解，重庆军似乎预先完全不知我军前进，而配备也未完成，络绎不绝由我占领阵地的后方部队到来，不断出现茫然呆立不抵抗的士兵。”同一天，日军第三师团第三十四联队、野战炮兵第三联队，沿着潇水河岸和河岸以西的山地向南推进，虽然沿途遭到美军战机的反复轰炸，还是攻占了从湘南进入桂北的交通要冲——道县。
这一天，白崇禧对广西防御作出如下部署：第九十三军推进到湘桂交界处的全州布防，没有命令不得撤退；第六十二军和第七十九军继续在湘桂铁路沿线阻击日军；第二十、第二十六军速向道县前进，由南下日军的侧面止敌进犯，并准备参加桂柳决战；第三十一、第四十六军集结在桂林以及附近地区，构筑工事，准备死守。同时，白崇禧要求广西全省动员，扬民风强悍之风，编出五万人的基干力量，并向蒋介石申请装备和军饷，为第三十一、第四十六军各编出一个补充师，再另成立两个独立纵队。白崇禧的理由是：一旦增援部队不能如期抵达，“这些部队可以立即参加战斗”。鉴于广西岌岌可危的局面，蒋介石要求军事委员会按照白崇禧的要求如数交拨。
然而，白崇禧的部署尚未落实，就传来了全州失守的消息。
全州为防御桂林和柳州的前沿，陈牧农的第九十三军奉命利用国防工事固守三个月。但是，当日军第十三师团越过黄沙河后，第九十军的警戒部队稍事抵抗即行撤退。日军趁机向第九十三军防线的侧背迂回，陈牧农指挥部队打了一夜也后撤了。有史料显示，第九十三军的撤退令，是战区司令长官张发奎下达的，理由是全州的侧背与后方联络线均受到了威胁。第九十三军沿着湘桂铁路，撤往桂林以北的大溶江。日军第十三师团的前锋，是第一〇四联队第一大队第二中队，该中队向前进行武力搜索时，发现中国军队布设的防御阵地十分坚固，以洞穴碉堡为中心纵深竟达四公里，阵地前还有数道铁丝网和一些坦克。但是，阵地四周一片寂静。中队长宫本学大尉判断：中国军队很可能已经退却，但也不能完全排除设有圈套。于是潜入全州县城——“城内并无重庆军，只在路上见到不久前像是敌军本部的地方，内有凌乱桌椅等物。宫本大尉证实敌已退却，立即以无线电报告联队，并扫荡了城内。”九月十四日，日军占领全州。
全州是进出湘桂两省的军事隘口和险要孔道，第九十三军的不战而退致使广西面向湖南的门户洞开。
之前，第九十三军军长陈牧农曾电呈重庆军事委员会，详细报告了他的部队在全州构筑工事、周密设防的情况：
（一）全州附近情形，刻黄沙河已构筑之工事，职已亲赴各实地视察完毕。
（二）以固守全州附近，遵构四个团之工事，已于二十六日开始构筑。
（三）工事配备，自全县车站北方之金背岭，亘东南地区经白竹塘、蛇公坝、龙眼塘……蒋家、西瓜坪、雷公岭之线，构筑闭锁式子母堡之主阵地。在主阵地带前方三公里内，扼要构筑警戒阵地；在主阵地带内方及车站附近，沿城西南各高地至雷公岭四周，构筑核心工事……
（四）兵力部署拟以新八师全部固守主阵地带及核心，以第十师之四个营附战防炮一排，守黄沙河。该师主力将控制于全州车站以西地区为预备队，准备由铁路两侧阵地前方出击。
（五）粮弹集积已开始准备中。
蒋介石立即批复：“发给军临时费洋五十万元，准该军实报实销可也。”——事实是，第九十三军既没有严阵以待，更没有全力阻敌，陈牧农的报告随之成为一纸空文，国民政府拨出的经费也随即付诸东流。
蒋介石震怒，命令将陈牧农就地正法。
有人认为，陈牧农当时应向张发奎要一纸命令，以便事后证明第九十三军的撤退是奉命而为。可陈军长说，长官的指示就是命令，怎么能对长官的命令索要证据呢？——陈牧农认为，张发奎必会出面向蒋介石解释，但他很快就发现自己必死无疑：
张发奎派一个军官带着宪兵乘坐吉普车向大溶江附近第九十三军军部驶去，说是要接陈牧农到柳州去开会。听说陈牧农的部下有人提醒他不要去，陈牧农认为他是按照长官的指示行动的，为什么怕去见长官呢？不去反而不好。可是吉普车并没有把他带去柳州见张发奎，而是到桂林后就送到桂林防守司令部交给韦云淞执行枪决。韦云淞叫总务处长韦士鸿去对陈牧农说明奉司令长官（张发奎）转委员长（蒋介石）的电令，因为他“擅自撤退”，由桂林防守司令枪毙他。“以昭炯戒”！并问他对部队有什么话要交代，对家属有遗嘱没有。陈牧农说：“张长官害了我，没有什么话可说的！”他还能说什么呢？蒋介石不叫把陈牧农押解到重庆去交军法审判，张发奎也不把陈牧农带到柳州去交军法审判，而是交给桂林防守司令韦云淞执行枪决，是因为交军法审判，蒋介石怕张发奎所玩弄的把戏就会被揭露出来。同时，杀一个陈牧农来警戒韦云淞及桂系防守桂林的部队，要桂系部队只能“死守”，不能逃跑。
桂柳会战刚刚开战，中国军队就死了两位军长。
杀了军长就能挽回部队消弭的战志吗？
全州失守，导致桂林暴露在日军面前。
十七日，美军第十四航空队炸毁了桂林机场的跑道以及其他航空设施，从桂林撤往昆明。
从湖南、广东以及雷州半岛三个方向侵入广西的日军，一路不停，昼夜猛进：日军第十一军占领全州后，主力集结在全州、道县地区准备进攻桂林。同时，为消除侧翼的威胁，在湖南南部，日军第三十七师团在第一一六师团一部的册应下，击退中国军队第一〇〇军的阻击，二十七日攻入邵阳；日军第三十四师团击退中国军队第三十七军第六十师而从广东向广西推进的日军第二十三军，其第一〇四、第二十二师团以及独立混成第二十二旅团，沿着西江两岸平南地区攻击前进，另以独立混成第二十三旅团攻取平南南面的丹竹机场。第四战区在这一方向上兵力薄弱，仅有第六十四军的两个师。日军第一〇四师团兵分三路合围梧州：沿西江北岸推进的第一六一联队攻占德庆；第一三七联队占领梧州，该联队的第三大队击退中国军队第一三五师的阻击，二十八日攻取丹竹机场沿西江南岸推进的日军第二十二师团，二十四日攻占罗定，二十五日攻占郁从雷州半岛出发的独立混成第二十三旅团，二十二日攻占容县，二十八日攻占平南。——自此，广西东部所有的军事屏障全部失守，桂林和柳州均已处于日军的刀锋之下。
长期懈怠的中国第四战区，仍在忙于回防广西的军事调动：第二十七集团军总司令杨森指挥的第二十军在道县附近与日军接触，第二十六、第三十七军正向湘桂边境的龙虎关、恭城靠近；战区副司令长官兼第十六集团军总司令夏威指挥第三十一、第四十六军负责桂林外围和城内固守；第九十三军移至义宁附近，暂归第二十七集团军副总司令李玉堂指挥，与第七十九军一起参加桂林保卫战；第三十五集团军总司令邓龙光指挥第六十二、第六十四军，集结在位于桂林东南、柳州东北的平乐附近，作为战区机动部队。——以上部队，大多刚从湖南进入广西，久战之后官兵疲惫，行动缓慢，士气不佳，因此均没能按时赶到预定位置，对日军向桂林和柳州的逼近没能起到阻挡作用。
十月九日，鉴于整个广西的危局，第四战区把能够指挥的部队编成四个兵团：桂林方面军，由夏威任总司令，指挥第四十六、第三十一、第九十三、第七十九军，其中一个军守桂林，两个军守桂林外围防线，一个军布防桂林以南；荔浦方面军，由杨森任总司令，指挥第二十、第二十六、第三十七军以及湘桂地区游击部队，以一部袭击南下日军的侧后，一部在荔浦以南经二塘至柳州一线担任警戒，主力配备在平乐、荔浦以及新圩地区；西江方面军，由邓龙光任总司令，指挥三个师、一个团和两个纵队，配置在桂东南的桂平、大湟江口地区；战区直辖兵团，由第六十二和第六十四军组成，控制在柳州以及柳州至荔浦以北地区。——面对日军的三面合围，第四战区除了分兵把守之外，没有任何作为。
冈村宁次的部队尽管推进顺利，但官兵们普遍心情不佳。一是天气变得恶劣起来，秋雨比往年来得都早，连绵阴雨“已经超过两旬”，道路泥泞，人马不堪其苦，饥病交加，部队“必须走遍从未经历过的极端难行的道路”。二是太平洋战局恶化的消息不断传来，大本营甚至向冈村宁次提出警告，千万“避免重蹈英帕尔覆辙”，一定要确保后方补给的畅通到位。而冈村宁次反倒因此更加坚定了寻找挽救败局突破口的决心。
十月十一日，冈村宁次下达了攻击命令：
一、第十一军应于十一月三日大致从道县、全州一线出发攻占桂林，然后与第二十三军互相呼应，攻占柳州。攻柳州时无需注意夺取城市，应以军主力从柳州北方地区深入柳州西部地区，向敌背后挺进，与第二十三军相配合，围歼敌主力。
二、第二十三军十一月三日以后，大致从三江圩（柳州东南偏南一百一十公里）、桂平（柳州东南偏南一百四十公里）一线出发，以一支兵力攻打柳州，以主力向柳州西北地区挺进，册应第十一军围歼该方面敌军主力。在此期间派一支兵力做好攻占南宁的准备。
冈村宁次下达作战命令的这天，从雷州半岛一路北进的日军独立混成第二十三旅团强渡黔江，于十月十二日攻占桂平和蒙圩；从广东出发沿着西江一路西进的日军第一〇四师团一部，从丹竹机场出发逼近平南以西的大湟江口。——日军已经接近了桂柳战场的侧背。
面对日益紧迫的敌情，第四战区不得不改变策略，制订出一个反击计划，其核心是：集中主力歼灭从广东进犯的日军，以解除对柳州侧背的威胁，得手后再转进桂柳方向与日军决战：
一、战区以确保桂、柳，并掩护柳州空军基地之目的，决以有力兵团于荔浦、桂林各附近地区，拒止湘桂路及龙虎关方面之敌，以优势兵力集结于武宣东南附近地区，先击破进犯西江之敌，以利尔后作战。西江方面会战日期，预定十月二十日以后。
二、敌如以主力向西江方面进犯时，集结有力机动部队于武宣、来宾以南地区，乘敌进出浔江、郁江北岸，兵力分离与态势不利之际，即取攻势，一举而击破之。此时荔浦及桂林方面军，各拒止当面之敌，极力迟滞敌人，俾西江方面之作战顺利。但荔浦方面军应以有力一部，册应西江方面之作战。
三、敌如以主力向荔浦方面进犯时，应在平乐、荔浦、阳朔间地区，竭力拒止敌之进犯，并予迟滞消耗。不得已时，应确保修仁隘口。
四、敌如以主力向桂林方面进犯时，外围军应协力防守军，极力拒止敌之进犯。不得已时，以有力部队确保永福隘口。在敌采取上述二三项行动时，西江方面于集中完毕后，索敌而击破之。
五、如敌在西江、荔浦、桂林三方面同时进犯，并以有力一部由越南分向歡龙路进犯南宁及田靖路时，蒸浦及桂林两方面，极力拒止敌人之进犯，另集结并转用有力兵团，先击破西江方面之敌。靖西、南宁两指挥所，指挥地方团队，利用地形，极力拒止敌之进犯，依情况转用有力一部，击攘该方面之敌，确实掩护黔桂路，以策后方安全。
……
第四战区的御敌方案，犹如典型的中国式官样文章 在一系列“如果”之后，皆为笼统的以“有力一部”拒敌进犯。——虽然难以落到实处，好处却是无论胜败部署都没错。可对于中国军队而言，“有力一部”到底是谁？前出到哪里拒敌是最佳位置？采用正面强攻还是两翼包抄？主攻是谁协同是谁册应又是谁？此时，冈村宁次的部队在攻击方向上没有先后主次之分，是明显的多路同步向心突击。即使如同第四战区的判断，广东方向的日军为突击先锋，那么把中国军队的主力集中于这一路，即使能打上一阵子，想必这边还在打的时候，那边的日军第十一军早已突到桂林城下了。第四战区的御敌方案等于什么也没说，只有“不得已时”，也就是无法拒敌进犯时，那些必须要守的“隘口”倒是说得很具体。所有的将领都很清楚，这实际上是在指示脱离战场时的路线或方向。
广西之战，是中日战争的一个典型缩影：中国方面无论是战略还是战术，都停留在“兵来将挡，水来土掩”的简陋状态。只是，中国第四战区置湖南方向的日军第十一军于不顾，把局部反击对象选定为从雷州半岛过来的独立混成第二十三旅团，这既出乎了冈村宁次的预料，也令独立混成第二十三旅团有些措手不及。
位于广西东南部的桂平，处于黔江与郁江的合流处，是从南面屏障柳州的战略要地。该城的北、东、南三面环水，西面则是连绵的高地，而西南面的蒙圩则是卡在贵县（今贵港）到桂平公路上的交通要点。日军独立混成第二十三旅团占领桂平和蒙圩后，独立步兵第一二九大队（野野木大队）、第一二八大队（谷村大队）和第一三〇大队（竹之内大队）开始构筑阵地，准备参加北上攻击柳州的作战。他们没有预料到会遭遇攻击，因为根据情报显示，当面只有从桂平撤下来的中国军队第一三五师一部。
十月十九日，鉴于第六十四军主力已抵达反击战场，第四战区随即下达了作战命令：第六十四军和桂绥第一纵队附炮兵部队，反击桂平和蒙圩；第三十一军第一三五师和桂绥第二纵队向平南和丹竹出击，迟滞日军第一〇四师团的推进；第四十六军（欠第一七〇师、新编第十九师和一个炮兵连）附第三十一军第一八八师向反击地域推进待命。
十九日，天刚蒙蒙亮，日军野野木大队的阵地正面突然落下密集的炸弹和炮弹，中美联合空军的多架战机以及第六十四军的火炮开始了火力突袭。蒙圩四周都是农田，日军依村庄修筑的据点“立即为猛烈的炮火硝烟所笼罩，一片农田瞬间化为黑色。在此之前，附近曾是一派翠绿的菜田。野野木大队虽在各个阵地奋力防御，但第一线当天即被突破”。掌握着战场制空权的中美联合空军，给与了日军独立混成第二十三旅团以严重杀伤，旅团指挥部与上下级之间的通讯联络被炸断，野野木文雄大队长被炸成重伤。“二十日夜，旅团长下河边宪二少将指挥竹之内大队主力（步兵两个中队）向蒙圩前进，二十一日拂晓到达该地东北端，但因敌机猛烈轰炸未能进入蒙圩，在山脚下隐蔽了一天”。晚上，第六十四军对蒙圩形成了包围态势，日军第一三〇大队大队长竹之内繁男组织反击，两军在桂平西侧的高地上混战一夜未分胜负。
二十二日，天色阴沉，第六十四军军长张弛决心不等空军助战，命令部队出击。在炮兵的掩护下，桂绥第一纵队攻占新德村一线，当面日军向后退守。第一五五师和第一五九师也击垮了当面日军。下午，天气转晴，中美联合空军的战机来了，但日军吸取教训把阵地设在隐蔽的山地中，致使来自空中的轰炸效果不佳。晚上，经过激战的双方形成对峙。
二十三日，第六十四军各部队逐渐向蒙圩压缩，日军独立混成第二十三旅团指挥部撤到数里之外，并开始动员勤杂官兵确保后方安全。第一三〇大队第一中队刚刚攻占桂平西南十公里处的新安山，中美联合空军的战机就来了，中国官兵急忙铺设对空标志，竹之内繁男立即命令向中国军队的阵地发射烟幕弹，结果导致战机将炸弹扔在了中国官兵头上。一阵混乱后，中国官兵对新安山日军阵地发动了凶狠的袭击，第一三〇大队第一中队中队长被打死，全中队最后逃出阵地的官兵不足二十人。
因独立混成第二十三旅团对外联络的中断，日军对中国军队发起的反击一无所知，第二十三军的后续部队还在按预定计划向前推进。中国军队第一八八师的一个团和第六十四军的一个师奉命前去阻击，以掩护反击战场的侧翼。日军第二十二师团第八十五联队派出的先头部队，试图与独立混成第二十三旅团取得联络，但在桂平附近被中美联合空军发现，遭到轰炸后绕道前行，结果在蒙圩附近被卷入中国军队反击的旋涡。日军的这支先头部队没带任何工具，仓促中只能用饭盒挖掘掩体，但每隔半小时就有战机对其轰炸，日军很快坚持不住开始溃退。——第二十二师团这才知道，独立混成第二十三旅团正在遭受围攻。
从二十四日开始，中国军队继续对独立混成第二十三旅团实施压缩。被炸成重伤的野野木大队长被抬下战场，在一个山洞里继续指挥作战，但该大队的阵地还是相继失守，躺在担架上的野野木心情焦躁：旅团的对外联络中断，目前部队各自为战，官兵对中美战机的轰炸十分恐惧，当面中国军队重炮的射击精准度也令他们惊慌失措。二十六日，中国军队再次发动攻击，第六十四军一部冲入蒙圩，在残垣断壁中与残存的日军展开巷战。但是，日军第二十二师团从第六十四军的右翼靠近了蒙圩，日军第一〇四师团也从黔江方向开始攻击中国军队第一五师和桂绥第二纵队。
二十八日，鉴于日军第一〇四师团的靠近，统一指挥反击作战的第十五集团军总司令邓龙光决定停止攻击，命令第四十六军接替第六十四军继续与日军独立混成第二十三旅团周旋，第六十四军则紧急向柳州以南、桂平以北的武宣方向移动以阻截日军。——战后资料表明，日军独立混成第二十三旅团已到了山穷水尽的地步了，最严重的是弹药告罄，迫使“旅团长以下，造竹枪准备突击，但中国军未能乘机予以歼灭”。
天气恶劣，山洪暴发，道路一片汪洋，当第六十四军官兵冒雨抵达武宣时发现为时已晚。
日军第一〇四师团试图绕到中国军队的背后，但他们必须通过险要的大藤峡，中国官兵长途奔袭扼守要道令日军难以逾越。于是，第一〇四师团绕路大瑶山，穿越荒无人烟的山岭，沿途再次与中国守军发生激战，双方都打得筋疲力尽，日军“计战死者约八十名，负伤者约一百名。战死者中有第三大队大队长难波正六少佐。自本作战开始以来，该少佐在联队战斗中经常奋勇当先，积极作战，铃木师团长等对其战死甚为痛惜。此外，联队长上野源吉大佐、第一大队长高柳克已少佐亦负伤”。十一月四日，日军第一〇四师团终于绕过中国军队，攻占了桂平以北的重要支撑点武宣。
暴怒的白崇禧下令把负责据守武宣的团长曹震枪毙了——如果枪毙个军长，需要向蒋介石打招呼，枪毙个团长他还是能独断的。
就在白崇禧枪毙曹团长的时候，日军第二十二师团在付出了战死两名大队长的代价后，攻占了武宣南面的贵县。
武宣位于桂平和蒙圩的西北方向，贵县位于桂平和蒙圩西南方向，两地的失守令中国反击部队的左右两面侧背都有了日军。
此时，在战场的北面，横山勇指挥的日军第十一军第五十八、第四十、第三十四、第十三、第三、第三十七师团，沿着湘桂线一路南下，已全面逼近桂林。
中国第四战区随即决定：放弃桂平和蒙圩的反击作战，调集部队保卫桂林和柳州。
中国第四战区对桂平和蒙圩的反击，虽在付出极大伤亡代价后重创了日军独立混成第二十三旅团，但从战场全局上看，反击作战顾此失彼，导致了广西战局的急转直下。
十月二十六日，日军第六方面军下达命令，决定采取正面佯攻、侧翼迂回的战术向桂林发动全面进攻。
桂林盆地，居越城、九岭、苍梧诸山间，民国后为广西省府，人口十余万。全面抗战爆发，随着难民的涌入，人口增至六十余万。桂林城区地势平坦，道路纵横，湘桂铁路和公路经此直达柳州。桂林城外石山林立，岩洞幽深，桂军利用这些天然岩洞修筑的环城堡垒，可以抵御一百毫米加农炮弹和五百磅航空炸弹的攻击，其中漓江东岸的七星岩堡垒更是坚固且强大，岩洞里储备的粮秣弹药可供半年使用。美国副总统华莱士来桂林视察时，白崇禧曾向华莱士夸口说，桂林是“东方的凡尔登”，守上半年绝对没问题。
白崇禧任命桂系宿将、第十六集团军副总司令韦云淞为桂林防守总司令。他之所以向蒋介石推荐韦云淞，是因为一九三〇年桂军和滇军打仗时，韦云淞率三千桂军死守南宁三个月，守军把城里的存粮吃光后用黑豆充饥，直到白崇禧在柳州训练的部队前来反攻，最终才挫败三万滇军保住桂系的地盘。桂军一直以死守南宁为荣耀，把韦云淞的部队在南宁开始吃黑豆的那天，称为“黑豆节”。——白崇禧要求韦云淞发扬桂系的“黑豆精神”，死守桂林。
只是，桂系的将领们发现，蒋介石命令桂系死守桂林，命令粤系死守柳州，而那些中央军的部队却在贵州境内整训，大家都明白这是蒋介石有意在保存自己的实力。同时，桂系将领们还认为，现在与从前不一样，对手是异常凶狠的日军，而且是日军的六个主力师团，无论是桂林还是柳州，守住的可能性很小。韦云淞上任的第一件事，便是组织防守司令部，却发现没人愿意跟着他一起守桂林，最后还是桂系老将陈济桓自告奋勇愿意出任——当年他曾是韦云淞守南宁时的副手。可重庆军事委员会认为，陈济桓的资历不能担任防守副司令，因为防守司令部指挥的第三十一军和第四十六军的两位军长都是中将，他们不会接受同是中将的陈济桓的指挥。同时认为，防守司令部的参谋长是少将级别，要求受过参谋教育且有学历，陈济桓不但已是中将，还没有什么学历，因此也不适合当参谋长。最后，韦云淞以桂林防守司令部的名义，向陈济桓颁发了一个“中将参谋长”的委任状。
即使这样，韦云淞和陈济桓上任后，很快就感到又不对劲了。
第四战区原定的计划是：桂林城防任务由第三十一、第四十六、第九十三军担任，其中第三十一军守卫城区，第四十六、第九十三军配置在桂林外围西北方向，面对从大小溶江而来的日军，利用与桂林城防相衔接的“袋形”阵地，以东西两翼的迂回包抄歼灭企图攻取桂林的日军。
接下来，令谁都没想到的是，战前讨论桂林防守计划时，白崇禧坚持要以外线作战为主，也就是说留下一部分部队守城，另外的部队则须调到外围去。他一再强调，保住桂林不在于城防战，而在于外围与日军的决战。几乎所有的桂系将领都明白，不要说内外结合，就凭现在这点兵力，全力守城都成问题，那么，白崇禧坚持这一主张，里面肯定有他的小九九。果然，白崇禧下令把第四十六军军部、第四十六军第一七五师以及第三十一军第一八八师调出，留下的守城部队是：第三十一军军部、第三十一军第一三一师以及第四十六军第一七〇师。如此乱七八糟拆散建制的调动，引起桂系内部的舆论大哗，但将领们立即明白了白崇禧的小九九是什么：首先，白崇禧一直想把桂系中这两个最强的师扩编为两个军，以壮大实力，为此他连美国援助的武器装备都置办好了，藏在蒙山附近的山洞里；二是，第一八八师师长海竞强是白崇禧的外甥，而第一七五师师长甘成城是第十六集团军总司令夏威的外甥，无论白崇禧还是夏威都不能眼看着自己的外甥死在桂林城里；三是，第四十六军军长黎行恕为了能离开桂林，利用与海竞强拜把子的关系以及曾在白崇禧身边当过幕僚的经历，临战之际使自己化险为夷，而被留在城里的第三十一军军长贺维珍虽为桂系将领，但他不是广西人而是江西人。
有人提醒张发奎，说如果放任白崇禧这么干，桂林一旦失守，他作为战区司令长官难逃罪责。张发奎无奈地说：“反正是广西的事，广西的人，我何必得罪他们，即令桂林失守，究竟谁负责任，自有公论。”
白崇禧把第四十六军第一七五师、第三十一军第一八八师以及第四十六军军部调走后，整个环绕桂林城的防御阵地，只能由两个师近两万人来防守了，而日军进犯桂林的兵力是三个师团。韦云淞不得不缩小防御圈，依据桂林的地形，东、南、北三面实在不能放弃，放弃就等于迎敌而入，于是只好把西面的主阵地向里收缩，修好的工事由于无兵防守统统炸毁。负责守城的第一七〇师和第一三一师，刚刚补充了大量新兵，没有任何实战经验，就连桂林防守司令部、第三十一军军部以及两个师的师部，所能控制的预备队也只有各自的一个营。这时候，连美国人也看出了其中的名堂，驻桂林防守司令部的美军陆空联络官坚持要离开桂林，他们的说法是：“死守在城里等敌人围攻，我们美国没有这种战术。”
韦云淞命令第一三一师防守桂林城北及其附近要点，命令第一七〇师防守桂林城南及其附近要点。他还要求强迫疏散桂林全城居民，私自留在市内者以汉奸论处；他同时要求美军配合，将桂林以北的公路和桥梁悉数炸掉。然后，韦云淞苦心孤诣地制订出一个防御方案：
防守军以确保桂林之目的，以主力固守城北要点及杉湖、榕湖以北城区为核心阵地；以一部固守近郊各要点，掩护核心，采取持久防御，吸引胶着敌人于桂林近郊，俾与我外线兵团协力合击敌人而歼灭之……
敌无论从任何间隙突入，皆应以逆袭手段，消灭敌人于阵地内，非至万不得已绝不使敌达成缩小包围之目的。战况纵使惨烈至最高度，非但核心阵地内各要点，必须绝对固守；即近郊之独立支撑点，亦必以小部队固守不弃。于敌攻击准备或对峙期间，应相机派小部队出击敌人，以消耗敌之兵力，妨害敌准备，争取主动，但须讲求减少损害之法，勿使本身兵力做无益之消粍，期能持久。
若我外线兵团得手，除核心各要点留置必要之部队外，应以主力夹击敌人，以达成歼灭敌人，确保桂林之目的……
韦云淞的作战计划充满了悲壮气氛。
可无论当时还是战后看，这一“持久防御”计划等同于一纸空文：此刻，外围部队大多被抽到桂平和蒙圩反击作战方向，桂林已成一座孤城，在日军巨大兵力的围攻下，城市防御战很快就将以惨烈的方式演变为城破人亡。
二十九日，日军以近三个师团的兵力开始攻击桂林外围。
蒋介石接到的战报中充斥着“反复肉搏”“愈趋惨烈”的描述。三十日夏威电：“……高上田以西敌增至六千，高上田东南铁坑方面敌增至二千余，遂于铁坑、桃子隘、大岩岭、五里亭、长冈岭等要点，发生壮烈无比之争夺战。我九十八师二九四团步兵两连及铁坑之新十九师两连，全部殉国，其他各部自营长以下伤亡亦重。五里亭九十八师指挥所及长冈岭纵队指挥所附近，均激战。七十九军工兵营迄直属队，亦加入战斗反复肉搏，拼死抗拒。该两三日大雨不停，山雾弥漫，我空军不能到前线助战，敌攻击更猛。”
十一月一日张发奎电：“海洋圩附近四十四师当面之敌千五百余，炮六门，分向四六〇高地及亘字山一带阵地钳形猛攻，战斗愈趋惨烈。该线阵地曾数度失陷，经反复冲锋，终以夺回。是役我伤营长张秉乾，连长张思三、杨连云，排长史关文、任子康、阎中山、张连荣、杨维贤等八员。阵亡排长彭源生一员，伤士兵六十九名，阵亡五十名。”
二日，抵达城北的日军已达万余人，伪军部队也出现在攻击前沿。中美联合空军的战机竟日轰炸扫射，但并没有令日军的攻击强度降低。晚上，桂林城垣四面都发生了激战，整座城市已被日军严密包围。由于桂林城的北面和西面均为山岭绝壁，日军数度猛攻没能得手。城南的斗鸡山以南虽为开阔地，但中国守军埋设了大量的地雷，日军只好驱赶着数百头耕牛踩踏雷区，然后跟在牛群后面发起集团冲锋。桂林东面的防线，孤悬在漓江对岸，成为日军的突破口。四日，日军发射了毒气弹，之后猛攻七星岩、星子岩阵地，“双方死亡枕藉”。而在象鼻山阵地前，日军使用的燃耗弹将守军堡垒燃成一片焦土。五日，桂林东面防线被日军突入。六日，大雨。中美联合空军的战机没能起飞，但日军的战机却飞来助战，向桂林城内投掷了大量炸弹。中国守军向星子岩反击失败，城东北的猫儿山守军被日军包围。在重炮的支援下，日军迂回到山后攀登至山顶，守军连长黄英波率部与日军肉搏，全连官兵阵亡，猫儿山陷落。日军趁势向七星岩一线猛扑，七星岩各岩洞里的中国守军凭险死守，日军用平射炮轰击岩洞口，再向岩洞里投掷手榴弹。七星岩守军试图从岩洞后面出口突围，被日军发现，大部阵亡在洞口处。最后，日军向岩洞内施放毒气，半个小时后岩洞内没了声息，死于洞内的中国官兵达八百余人。日军攻占七星岩后，连日以重炮轰击桂林市区，致使城内房屋“焚毁殆尽”。
七日上午九时，桂林城北，日军在重炮和坦克的支援下攻击城垣，平头山方向的中国守军全部阵亡；城东屏风山守军伤亡惨重，黄昏时分阵地陷落；在屏风山以南，普陀山阵地陷入混战，天黑后守军与指挥部失去联系。——围城的数万日军全部聚集在桂林城下。
桂林陷落的结局已无法逆转。
更严重的是，日军第十一军一部竟然绕过桂林直奔柳州而去。
桂林城破在即，日军又向柳州杀来，中国第四战区紧急下达了“第三号作战命令”。——从内容上看，这一命令是在部署于桂林和柳州之间与日军决战，但实际上是迅速从桂林前线全面撤退的指令：
一、战区以确保桂、柳，并掩护黔桂路之目的，各以有力一部固守桂、柳，主力沿红水河及其以北地区占领阵地，吸引敌人于柳州近郊，转移攻势而击灭之。
二、第三十五集团军，指挥第六十二、第六十四军及第十六集团军之桂绥第二纵队为右兵团，以有力一部沿红水河北岸、柳江西岸守备要点；并以一部于红水河南岸地区掩护通宜山要道，主力在良塘乡、穿山附近占领阵地，拒止敌人；并适时控置有力一部，准备册应各方面之作战。
三、第二十七集团军，指挥第二十、第二十六、第三十七军及第一八八师为中央兵团，以主力固守柳州，非有命令不得撤退；以有力一部于柳州以东地区联系右兵团，及以北地区联系左兵团，拒止进犯之敌；必须确保柳江西岸要地，以掩护黔桂路及宜山之安全。
四、第十六集团军，指挥防守桂林之第三十一军（第一三一师、第一七〇师及第九十八师编并之一团）、第七十九军（欠第九十八师编并之一团）、第九十三军及新编第十九师为左兵团，以桂林防守军固守桂林，其余联系中央兵团在太平乡、三皇乡各附近地区占领阵地，拒止敌人；并以一部掩护百寿通长安镇之要道。
五、各兵团战斗地境（略）
六、第四十六军（欠第一八八师），控置于三都附近，以册应各方面之作战。
七、各兵团应于十一月十日前完成部署。
上述命令下达后，第四战区司令长官部撤出了柳州。
各部队接到命令尚未重新部署，便发现撤退的后路上已出现敌情：日军第十一军第三、第十三师团接近了柳州；第二十三军攻占象县（今象州）后，突破中国守军第六十二军的阵地占领来宾，现正向北推进逼近柳州。而柳州一线的中国军队，只有从桂林急行军赶来的第二十、第二十六军，以及经象县撤到柳州以南的第三十七军。
横山勇下达了对桂林实施总攻的命令。
日军的攻击从第四十师团强渡漓江开始。
一九日凌晨，日军第四十师团集中起所有的火炮，猛轰漓江对岸中国守军的江边阵地，炮火之猛烈前所未有——第四十师团炮兵组要猛射桂林城东江边的全部正面，第十一军炮兵的一百毫米和一百五十毫米加农炮也一齐开了炮。一百毫米加农炮部队（十二门）首先一分钟两发集中射击了三分钟，一百五十毫米加农炮（十六门）则各射击二十发。城内瞬间化为火海；老人山背面浓烟冲天。师团长宫川清三中将回忆说：“十分钟的野战重炮射击非常壮烈，好似万雷轰鸣不稍间断的猛烈射击。我出身于炮兵学校，也未曾见如此情景。但在这时，桂江（漓江）西岸的重庆军一枪不发，坚持沉默，当射击停止时，真像死一般的寂静，不管是谁都会怀疑重庆兵的存在。”
日军第二三六联队第一大队第十二中队乘坐三十艘登陆艇强渡到漓江对岸，刚刚发出登陆成功的信号弹——此时第十一中队乘坐的登陆艇正好渡到漓江中央——突然，对岸中国守军的炮火朝着登陆艇开始了猛烈轰击，“第十一中队虽然向大队呼叫要求掩护射击，但已无可能，该中队在江中好像是被拋弃的孤儿了。”中国守军乘机向登上西岸的日军大举反击，日军两个强渡中队的残存官兵编成临时战斗小组，但是“山本中队长在山脚下，全身被射进十多发机枪子弹而死。泷口曹长挥舞战刀鼓励第二小队与联络下士官一同向重庆军阵地冲锋，也战死。只剩下了坂本信男少尉代理中队长指挥”。天亮了，漓江岸边漂浮着日军官兵的尸体——“江水染红，说明昨夜凄惨的苦斗。”
日军第四十师不断向渡口增援，登上岸的官兵突破中国守军的防御阵地，冲入桂林市区。日军第五十八师团在炮兵、坦克和飞机的助战下，连续攻占城北面的虞山、凤凰山、扁崖山各据点。防守南城的中国守军第一七〇师动摇，开始向西南方向撤退，不幸与日军第三十七师团遭遇，被俘千人，后面的部队又退回城内。与日军短兵相接的第一三一师，在城内核心阵地奋力苦战，但众寡悬殊，死伤累累，残部奉命突围。从外围撤入城内的第七十九军第九十八师，奉命防御湘桂铁路线西侧的西山据点，日军攻入桂林城后，西山据点上的二九四团依旧坚守阵地，最终被从城内向西突进的日军包围，两千多名官兵全部阵亡。
十日下午，桂林全城被日军占领。
桂林城破之际，韦云淞反复请示突围，张发奎先是不予明确答复，接着就说解救大军立刻便到。在向白崇禧和夏威发出请求突围的电报后，韦云淞没等回电便开始撤离。他用电话命令第三十一军军部以及第一七〇、第一三一师向南突围。在防守司令部里，第一三一师师长阚维雍喝完一大杯酒后，说了句“来生再见”，参谋长陈济桓劝他不要这样想。阚师长回到师部，向下属们交代说“要坚决与桂林共存亡，假如我死了，由副师长、参谋长指挥”。说时呜咽，语不成声。然后“他到电话机房内即开枪自杀了”。
接着传来了参谋长陈济桓自杀的消息。
韦云淞和幕僚们爬出桂林西面城墙，沿途遇见大量溃兵和伤兵。一行人不顾部队仓皇奔逃，在深夜的山路上跌跌撞撞，溃败中参谋长陈济桓因负伤不便行动，举枪自杀。——后来桂系向重庆军事委员会报请抚恤，因为陈济桓的参谋长一职是桂系任命的，重庆军事委员会只答复了八个字：本会无案，不予抚恤。
日军统计，桂林之战中国军队遗尸五千六百六十五具，被俘一万三千一百五十一人。日军缴获一百五十毫米榴弹炮二门、一百毫米加农炮二门、野山炮十四门、高射炮二门、火箭炮二门、迫击炮八十六门、机关炮二十门、速射炮二十七门、自动炮三门、重机枪一百一十挺、轻机枪三百五十九挺、步枪二千七百三十七支、坦克一辆、炮弹三万发以上、步枪子弹一百万发。
中国方面有关战史对桂林之战的记载十分简约，只是说除了阚维雍师长和陈济桓参谋长之外，阵亡的还有第三十一军参谋长、第一七〇师副师长以及三九二团团长等人：
当日，守军之第一三一师师长阚维雍将军，率部喋血苦战，至午后目睹将士伤亡殆尽，无法挽回颓势，乃本其与守土共存亡之决心，从容举枪自狀靖国。
本战斗除第三十一军军长贺维珍率领一部幕僚脱险外，其余殉职者尚有桂林防守司令部参谋长陈济桓中将、第三十一军参谋长吕旃蒙少将、第一七〇师副师长胡原基将军、第一三一师第三九二团团长吴展上校等。日军亦伤亡甚重。
逃出来的韦云淞战后受到军法审判，但他没有被枪毙。
桂林丢失的当天传来了柳州失陷的消息。
中国方面无论如何也没想到柳州的危机来得如此迅速。
当初，第四战区之所以策划桂平和蒙圩的反击作战，目的之一就是确保战区司令长官部所在地柳州的安全。从地图上看，从湖南方向过来的日军第十一军，必先拿下桂林后才有可能靠近柳州；而对柳州构成直接威胁的，是从广东沿西江西进的日军第二十三军以及从雷州半岛北上的独立混成第二十三旅团。在冈村宁次制订的作战计划中，确实明确了这一原则，即第十一军负责打桂林，第二十三军负责打柳州。但是，中国方面的反击作战，不经意间改变了战场态势，导致一个未曾预料的变数出现了：日军第十一军攻击桂林的同时，其最精锐的第三、第十三师团绕过桂林扑向了柳州。
十一月二日——日军第十一军已开始围攻桂林——在全州西南七公里处的军战斗指挥所里，横山勇的作战参谋井本雄男大佐产生了这样一个念头：第十一军应该在攻击桂林的同时前去攻占柳州。理由是：情报显示当面中国军队的兵力非常薄弱，桂林城里顶多只有两个师甚至还不足两个师，而桂林外围的中国军队第七十九军也只有残破的两个师。那么可以想见，无论是第五十八师团，还是第十三师团，其推进中遇到的抵抗可能微乎其微，在因地形限制也许会出现困难的第三师团和第三十七师团方向，当面的中国军队也没有什么积极动作。因此，井本雄男得出这样一个判断：“重庆军果真如此薄弱，即无需以军的全力认真对待桂林外围阵地。在桂林纵有若干抵抗，只要组织一定程度的战斗力，可无多大问题。在完成军的任务方面，敌情已微不足道。”而在桂平和蒙圩方向，日军独立混成第二十三旅团受到中国军队的反击，由于通讯中断具体情况不得而知；第二十三军虽然只有两个师团，参加反击的中国军队多达几个师，但就战斗力来讲第二十三军完全可以对付。中国军队发动反击后唯一出现的问题是：按照第六方面军原定作战计划，第十一军攻占桂林，第二十三军攻占柳州，那时候第十一军将插到柳州西北地区截断中国军队主力的退路。现在，第二十三军前进受阻，如果第十一军拿下桂林后，第二十三军无法按时进攻柳州，那么第十一军等还是不等？况且，情报显示，目前柳州城内只有中国军队的一两个师，对于日军来讲等同于一座空城。所以，“在此情况下，军继续攻占桂林自不待言，但应立即派第三师团和第十三师团向柳州挺进，并将其占领”。显然，井本雄男也知道这是违反方面军预定计划的，但他给自己的大胆也找了个理由：“第十一军决定攻占柳州，既符合大本营摧毁美空军基地的期望，又可为在柳州外围捕捉击溃重庆野战军创造条件，虽与方面军要求直接围歼重庆军的意图有所不同，但在要地进行攻防战时，或可出现击溃重庆军的战机。”
晚上，井本雄男向横山勇和军参谋长中山贞武汇报了自己的想法。参谋长要求让他和司令官考虑十五分钟再答复。十五分钟后，横山勇让参谋们立刻草拟第三、第十三师团向柳州挺进的命令。
横山勇知道这一决定可能引起的后果。他没有改变作战计划的权力，如果擅自行动，不但可能引起战场混乱，更是严重违反了军纪。但是，抢先攻占柳州的荣耀像烈焰一样在他心中熊熊燃烧——“军司令官横山中将自言自语地叨念：‘这时天皇陛下不知怎样考虑。’又说：‘明天是明治节啦。’表现出无限感慨的神情，但随即明确作出决定说：‘军如今下此决心，也许违背方面军的意图，为了完成作战目的，我认为最重要的是采取最妥善的行动。自己既下定决心，只要不接到停止的命令，就坚决干下去！’”
横山勇下达了向柳州攻击前进的命令。
命令下达后，他试图向方面军请示报告，但因电话线路故障打不通，改为发电报，电报发出时已是第二天下午。
第三师团师团长山本三男中将接到命令后，在那一天的日记里写道：“未出所料，正中下怀，官兵踊跃直取柳州。”第十三师团师团长赤鹿理中将在日记里写道：“一举攻占柳州，堪称卓越统帅。”
日军第三、第十三师团随即改变部署，向柳州扑去。
因接连不断的阴雨天气导致持续低烧的冈村宁次，正在为独立混成第二十三旅团受到中国军队的反击而苦恼。接到横山勇的电报后，他异常愤怒：“这是越权，不能容许第十一军的独断。”
横山勇收到了冈村宁次的训斥电报，但坚持自己的意见，并表示第十一军无法执行等第二十三军攻占柳州时截断中国军队主力后路的任务，因为攻占柳州的命令已经下达了，出发的部队不可能改变路线。况且方面军并不了解柳州西北部山地的地貌，如果第十一军在第二十三军到达前攻占了柳州，那他的部队就不用去跋涉那些险峻的山岭了。冈村宁次再次提醒横山勇，中国军队势必要撤退到宜山（今宜州）去，作战要以歼灭中国军队主力为主要目的，而不在于占领桂林或是柳州。冈村宁次再次要求横山勇遵守原定计划，并命令第十一军的部队抵达柳州外围后归第二十三军指挥。——“余重视宜山胜于柳州”，冈村宁次给横山勇发去电报，特别强调了这句话。
让第十一军的部队归第二十三军指挥，这显然令横山勇极度不满。什么叫“余重视宜山胜于柳州”？至少目前横山勇无法理解，他决定一意孤行地干下去。
日军第三、第十三师团很快接近了柳州，并与中国守军展开了外围作战。
柳州，四周群山耸立，柳江绕城而过，湘桂、黔桂两条铁路连接于此，乃广西中部的重要交通枢纽。
在张发奎看来，北面的日军第三、第十三师团绕过桂林迅速南下，南面的日军第一〇四师团正从武宣迅速北上，柳州已经无法固守。他在战区司令长官部撤离前，紧急召集了一次军事会议，决定以杨森的第二十七集团军死守柳州。杨森随即命令第二十、第二十六、第三十七军以及第一八八师、炮兵十八团、第九十三军战防炮营、炮兵四十七团高射炮一连以急行军的方式抵达柳州。
杨森发布的防御部署命令是：
一、第三十七军（附象县自卫队、炮兵第十八团第八连）即以一部于象县以北，掩护第二十军在连江方面之渡河，主力联系穿山乡附近之第六十二军，积极阻敌进攻。
二、第二十六军（附柳州自卫队、炮兵第十八团第一营、战防炮一连、高射炮兵一排）固守柳州，非奉命令，不得撤退。
三、第一八八师（附柳城自卫队、山炮兵一连）即出长塘、东泉以东之线，阻敌西犯，以掩护柳州左侧背之安全，特须与第二十六军及左兵团切取联络。
四、第二十军（附战防炮一连、高射炮兵一排）迅速在柳州西火车站集结，连江西渡之部队即开新圩，准备柳城方面之作战。
张发奎指望蒋介石能派援军来，但请求电报发出后一直没有答复。杨森的守城部队号称有三个军，实际总兵力不足两万，且就这三个军，到了临战关头，依然在谁守城池的问题上互相推楼。第二十军军长杨汉域是杨森的侄子，该军又是杨森的基本部队，杨森当然不愿意该军受损失，于是把该军安排在柳州外围。罗奇的第三十七军实际上只有一个师，兵力根本不足以防卫柳州，且罗奇向来以中央军自居，不愿意接受川军将领杨森的指挥，此刻已擅自带领部队向桂西撤退了。于是，杨森只能指望丁治磐的第二十六军了。但丁军长也不是等闲之辈，他口口声声说誓与柳州共存亡，暗中却把主力移动到城外，城内只留下了一些炮兵，而他交代给炮兵的任务是：在日军接近柳州时开始开炮，以示第二十六军还在城里战斗。
八日，中国守军第二十、第二十六军部队刚刚部署完毕，日军就冲到了眼前：日军第十三师团和第三师团一部推进到柳州以北六公里处以及柳江东岸，日军第一〇四师团先头部队第一六一联队抵达柳州西南约十八公里的四方塘。杨森急令第二十军第一三四师在柳江西岸担任河防。九日，日军分别从柳州以北、以东和以南三个方向发动攻击：第三师团第三十四联队在东面的三门江附近强渡柳江，登上西岸；第十三师团的先头部队攻入柳州北部，中国守军第一八八师阵地丢失，官兵大部伤亡；南面的第一〇四师团先头部队抵达柳州机场附近。中国守军第二十六军在短促的外围战中伤亡惨重，尤其是防守柳江北岸的一二一团全部伤亡，军预备队也已使用殆尽。
十日，日军第三师团第三十四联队和第一〇四师团第一六一联队联合攻占了柳州机场，第十三师团攻占了柳州西面的鹅山以及柳州北部。
下午三时，张发奎命令第二十六军放弃柳州。
丁治磐的第二十六军向西，取道宜山、河池，撤往贵州境内。
日军发起了总攻，第三师团第三十四联队为前锋：
对面重庆军阵地的枪眼能看到的即在三十个以上，并已证实在马鞍山（柳州东南角）后方有一百毫米级以上的野战重炮。然而，九日重庆军似已企图放弃阵地，可以听见剧烈的爆炸声。从五时开始，各炮兵部队进行了三分钟的集中射击，停止五分钟后，又进行了三分钟的支援冲锋射击，步兵部队一齐开始冲锋。阵地前有螺旋状的蛇腹形铁丝网（美军制造），用绳将其拉倒。第八中队（中队长若竹秀三中尉）首先冲进，七时占领了蟠龙山顶。蟠龙山后侧的弹药库也爆炸了，据说当时在该山顶上曾望见从柳州南北车站开出被认为是最后撤走的重庆军列车。这样，联队由于第一、第三中队的奋战，完全占领了马鞍山（柳州市街南端），十三时第五、第七中队冲进了柳州市，第二中队占领了柳州南部西南三岔路的第四战区的司令部。
没有巷战。
奉命掩护撤退的第二十六军第四十四师一团三营官兵全部阵亡。
柳州就这样落入了日军之手。
横山勇有足够的信心认为，他不会因擅自越权受到大本营指责：“至此，重庆军第四战区司令长官张发奎将军曾豪言宣称可以防守一年的大战略要点，由于我军多谋善战，总攻开始仅仅十天，即归我所有。因此，由华北到华南纵贯大陆的作战已经完成大半，不仅将美国空军更加赶向内地，而其空军基地一变而为我之基的范围。”
但是，冈村宁次依旧十分愤怒：虽然攻占了桂林和柳州，中国军队主力却向宜山方向迅速撤离了，一味地占领城镇而未令对手的作战力量受到重创或减损，这并不符合他的战略。他认为横山勇擅自攻占柳州的抢功行为，是导致中国军队主力逃出他的合围圈的主因。与中国军队作战多年的冈村宁次很清楚：中国军队什么都慢，就是在战场上能撤得飞快，致使日军每一次都难以对其进行大规模围秆。
冈村宁次下令对中国军队实施全面追击。
十三日，日军第十一军第四十师团向柳州西北方向的宜山急进；第十三师团突破中国军队布设于柳州以西三岔的阻击阵地，沿着铁路线直奔宜山；沿着公路前行的第三师团，先后攻取理苗和北山。日军第二十三军第一〇四师团和第二十二师团，分别由南北两面追击中国军队，先后攻占思练、忻城和拉烈，一直追到宜山以南的红水河边。中国军队继续西撤，十五日宜山陷落。——至此，日军第四十师团返回道县，第一〇四师团返回广东，其余部队继续追击。
十六日，占领宜山的日军第十三师团攻击怀远，由于第二十六军没能按时赶到阻击阵地，张发奎只好临时拼凑部队实施阻击，独立工兵八团、炮兵十四团八连等部队以及战防炮教导总队一营的学员们一起战斗，与日军隔着龙江苦战两天。十八日，第二十六军赶到，但丁治磐的部队很快就放弃了正面阻击阵地，使日军第十三师团得以分路向宜山以西的金城江推进。
中国军队无法形成有效的阻击，为防止日军长驱直入云南或贵州进而威胁重庆，蒋介石命令参谋总长何应钦坐镇贵阳，命令汤恩伯部的六个师进入黔南，协同张发奎部阻击日军深入。
二十日，张发奎作出如下部署：
一、右兵团在现地极力拒敌进攻，必要时向果德、隆安附近转进，掩护南宁通百色间大道。
二、中央兵团除以第二十六军归还第二十七集团军建制外，即于二十日晚在平保圩以西地区占领阵地拒敌。
三、左兵团于二十日晚，占领思恩附近要地，以掩护黎明关之安全。
但是，日军第十三师团二十一日突入金城江，二十二日攻占河池，然后沿着黔桂路继续攻击前进；第三师团突破中国守军第二十七集团军的阻击攻占思恩后，经黎明关继续向贵州方向攻击前进。中国军队转战日久，兵力单薄，溃不成军，两路日军很快突入贵州境内：十二月初，日军第十三师团攻占独山，第三师团攻入荔波后，翻越人迹罕至的苗岭山区，连续攻占三合、八寨，十二月三日攻占黔南重镇都匀。
在日军的猛烈追击下，黔桂公路上拥挤着成千上万的难民。
由于军队的溃败，普通百姓承受的苦难令人无法想象：
中国南方战役的最后阶段变成了一次大溃败，它真是现代的一场巨大灾难。在日本人入侵区域中的几百万城市居民几乎全部卷入了这次溃退。在日本人到达独山之前，有五十万以上的中国人在通往独山的险峻的铁路和公路两侧挣扎逃命，其余的人则分散进入自己家乡附近的山区。由于饥饿、疲劳、疾病和事故，死亡人数成千上万，无法统计。例如在桂林，一个惊慌失措的铁路员工开着一辆火车头通过难民群集的火车站，由于铁轨上到处是人，这个车头在几分钟内就轧死了几百人。我的一个中囯朋友乘坐从柳城开出的最后一列火车，他告诉我，仅在他乘坐的那节车厢中，一天之内就死了七个人。这是一节货车车厢，为了多装一些人，内部临时搭成了二层，车厢内的难民只能躬身挤作一团，尚有几百人挤在车厢顶上和车厢下面。这天过隧洞时，有三个人被从车顶上刮了下去。另外有两个挂在车厢下的人掉在了车轮之下。
逃避战火的难民想要搭上火车或汽车，还要遭受官吏和军官们的盘剥：
官员们和军官们使这一切变得更为残暴。铁路上给予国家财物的优先权，被转让给了非官方的个人，一些被军队征用的列车用来装运那些付了巨额车费的难民，但这列车从城市开到农村就停了下来，军队用枪口逼迫那些逃难者下车，然后列车又折返城市去装另一批出了高价的难民。许多家庭就是这样逃亡到钱财全部花光，最后全家跳河或卧轨自杀。
逃到桂北的中国军民遭受苦难的时候，日军第二十三军从广西中部掉头向南，十一月二十四日，第二十二师团主力和独立混成第二十三旅团占领南宁城。然后，第二十二师团沿着南宁通往越南的铁路线继续南下，十二月十日与从越南谅山一路北进的日军第二十一师团在南宁与镇南关之间的绥渌会师。
“日军所穿的夏服说明已经超出他的补给线的范围，第十一军究竟要打到哪里，任何人也无法断定”。为此，有消息说，由于重庆受到威胁，国民政府准备迁都西昌——“在中国要人中间已有人就逃亡印度问题征求魏德迈的意见。”
但是，日军第十一军追到独山后便停止了。
独山，黔桂铁路线的终点。
十二月三日，横山勇命令第三、第十三师团放弃独山和都匀，撤回广西境内。
日军为什么止步于湘黔边界处，除了部队推进太快导致后勤补绐线过长，独山四周以及独山的前面都是黔南最险峻的大山等原因外，此时美军在太平洋战场上的攻势已全面迫近日本本土，日军大本营的战略方针已不再是如何打到重庆去，而是挽救迫在眉睫的本土危机。——此次规模巨大，由日军大本营策划以图打通中国大陆交通线的“一号作战”就此停止。
日军发动的“一号作战”，投入兵力五十余万，作战历时八个月，击退了中国第一、第九和第四战区的军队，占领了河南、湖南和广西的大片中国国土，攻取了衡阳、零陵、宝庆、桂林、柳州、丹竹、南宁等七个中美联合空军基地，打通了中国大陆南北交通线。然而，面对如此漫长的交通线，日军既无力修复，更无力守卫，于是也就无从利用。在中国广袤的国土上，日军想牢固地保持一线畅通是不可能实现的迷梦，仅共产党的敌后抗日力量便足以让这条交通线瞬间阻断乃至彻底瘫痪。日军大本营希图改变南方军交通阻隔的目的，并没有因为在中国战场上的攻城略地而有所改变。湖南和广西境内的中美联合空军基地虽然遭到破坏，但四川等地的基地仍在使用，日本本土依旧在B-29轰炸机的飞行半径之内，日军大本营对本土受到攻击的恐惧依旧没有消除。而从根本上讲，侵华日军发动的大规模野战，使得已经处于战争颓势中的日军兵力更加窘迫、资源更加枯竭、战略态势更加被动。
日本军方对此的检讨是：
虽攻占了中国西南方面的桂、柳两个大空军基地，以及比预期更早打通了法属印度支那连接线，但在全盘战争指导上的意义和价值又将如何？中国方面受到很大打击，是无可争议的事实。但另一方面在策划“一号作战”时所考虑的，要摧毁向我本土的前进基地，因敌在马里亚纳基地的完成而完全失去了意义，并且不能指望利用南方陆上交通代替海上交通。中国派遣军本身的消耗也决非轻微，如今明显暴露出由于我战场过于偏西，而在美军新的进攻时，处于极不利的态势。
至于中国军队为什么一溃再溃，从第四战区司令长官张发奎发给蒋介石的一封电报中可窥一二。电报以第二十六军不执行命令擅自撤退为例，说明中国军队“颓风所播，战意潜销”，而将领们“疆界太严，风气太坏”——后一条显然是在告桂系的状：
查此次桂柳会战，以职指挥无方，日蹙百里，实属外惭清议，内疚神明。至各将领中忠勤尽职者，固不乏人，而昧于大势，规避战争者，亦不鲜其例，颓风所播，战意潜销，试一检讨各军战绩，除确因转战过久，实力消粍无法达成任务者，尚堪原谅外，如四十六军则参战最晚，人员武器亦较他军优越数倍，最后宜山正面如再不使之坚强抵抗，不仅不以服苦战之袍泽，且无以对输械之盟友，及接触不及两日，损粍亦不严重，居然自相惊扰，避开正面，致宜山垂手陷贼。怀远、三江口防军未集，勉以工八团及本部特务团分别布置警戒，迟滞敌人，现敌已迫怀远，正隔河对峙中。二十六军虽已到，能否阻遏西犯，仍无把握。判断敌情，如我能在怀远坚强抵抗，桂柳会战或即至此而止。但一般战力消耗过巨，劲旅亦成疲师，倘敌因此扩张战果，迫近黔疆，亦非绝不可能。职戍桂五年，虽明知部队疆界太严，风气太坏，而仍委婉牵就，谓可终济时艰，不料诚信未孚，贻误滋大，深负钧座期许，亦职所不能已言者。现金城江重要物资山积，沿线难民死亡载途，目击疮痍，罪戾曷极，除遵谕竭尽智能，争取时间外，敬恳速定大计，指示机宜，无任迫切待命之至。
蒋介石的答复是：“以全权整饬军纪，凡不从命令擅自撤退之主官，长官应就地正法为要，一切由中正名义行之可也。”
“一切由中正名义行之可也”——全面抗战爆发以来，蒋介石几乎每仗下来都要亲令处决那些丧师失地的将领，现在，他已经把处决的权力下放给战区司令长官了，可是中国军队有多少将领够这样一次次枪毙的？
实际上，真正“风气太坏”的在军政上层。
在抵抗日军打通大陆交通线的作战中，正面战场上中国军队溃败的速度和规模，特别是在作战指导和战略设计上仓促应对、保存实力和坐等观望的状态，令国内舆论和盟军方面颇感愤怒。仅就桂柳作战而言，第四战区无论在兵力还是态势上都处于劣势自不待言，但个中现象还是令人无法理解：日军从北向南长驱直入，战线之长、距离后方之远以及深入中国西南腹地之深，都超出了一般军事行动的范畴，以致日军在大举南下之际，河南、湖南、湖北、安徽等地的兵力极其薄弱且相当分散。中国战场上决非只有一个战区，张发奎的第四战区作战的时候，除了共产党抗日武装在敌后拼死出击外，其他的八个战区部队皆按兵不动——只要日军攻击的不是自己的防区，战事再危急也一概与己无关，犹如其他战区的军队不是中国军队，其他战区所处的战场不是中国战场一般。试想一下，如果日军全面南下时，其他战区的部队能够适时出击的话，日军何以能如此肆无忌惮地长驱直入？中国何以会再失如此大面积的国土？盟军何以会损失最为重要的空军基地？西南百姓何以会流离失所承受万般战争苦难？由于中国军队的溃败，在日军发动的“一号作战”中，正面战场损失兵力五十余万，损失的武器物资能装备四十个陆军师。仅在长衡会战和桂柳会战中损失的弹药和武器，就超过了国民政府一个财政年度能够补充的数量。
一九四四年，在中国战场连续失利所导致的诸多损失中，有一个因为中国军队作战能力低下以及国民政府公信力和信誉度下降而导致的严重后果被国人忽视了。这一后果很快将在一个关系中国命运的国际会议上显现——这就是给中国人民和中国历史造成巨大屈辱的雅尔塔会议。