荣誉第一师三团官兵冒着日军的火力网向陡峭的山头顽强攻击，数批爆破日军火力点的爆破手相继阵亡，该团九个步兵连中的七名连长伤亡。天色暗下来时，郑庭笈团长组织起一支敢死队，敢死队分组悄悄向山上爬，埋伏在日军阵地的面前，当主力部队重新组织进攻时，敢死队队员一跃而起跳进日军的战壕，残酷的肉搏战持续了三小时，主力终于冲上了高地。
界首高地的日军守军由第四十二联队第五、第七两个中队的官兵混杂而成，但加起来兵力不足一个混成小队。这些日军在这里死守了十二天，全部战死后，高地终被中国军队占领。界首高地的失去，使昆仑关的日军失去了支撑屏障。三十日，杜聿明命令新编第二十二师超越第二o o师，向昆仑关主阵地冲击。三十一日，新编第二十二师官兵冲上昆仑关，日军残敌退往九塘。
此时，日军与荣誉第一师一团在昆仑关西南面的四一一高地的拉锯战仍在继续。昆仑关失守后，日军为掩护撤退，协同航空兵向四一一高地实施猛烈反攻。荣誉第一师一团死守高地和附近的几个山头不退 。当日军调集大量兵力再次猛攻四一一高地时，师长郑洞国把全师最后的预备队---二团一部---派了上去。此时的二团，苦战通宵后仅存官兵不足三百人。
日军调来毒气部队，中国官兵中毒者甚多，二团团长请求撤退，郑洞国严厉地说丢了阵地就砍他的头。郑洞国把荣誉第一师师部特务连和传令兵、伙夫等勤杂人员集中起来，共有一百八十多人，组成了最后的突击队。这支杂牌突击队绕到日军阵地的背后，突然大喊着发起冲锋，二团团长也同时率领残存的官兵奋力冲锋，已是强弩之末的日军彻底崩溃，仓皇奔逃，四一一高地最终得以稳固。
昆仑关一战，是抗战中国首次赢得的对日攻坚作战的胜利。为此中国军队付出了巨大的代价：第五军负伤官兵一万一千一百人，阵亡官兵约五千六百人，失踪（生死不明）士兵约八百人；第六十六军及第九十九军负伤官兵约六干二百人，阵亡官兵五千零七十九人，失踪士兵约五百六十人。日本陆军第五师团也遭受了沉重打击，仅一九三九年十二月十八日至一九四o年一月六日，在九塘附近的作战中，日军参战二千八百五十一人，死伤一千一百三十一人。伤亡率已高达百分之四十。中国军队攻占昆仑关后，在九塘与八塘之间与日军形成对峙。
此时，日本第二十一军正以第十八、第一o四师团在广东北部作战，目标是中国第四战区司令长官部所在地韶关。由于广西的第五师团吃紧，安藤利吉决定把兵力集中到广西方向。中国军队攻占昆仑关不久，一九四o年一月十三日前后，日军第十八师团和近卫旅团分别抵达南宁以南以及七塘附近，这使得日军在桂南的兵力达到七万人之多。
日军制订了反攻昆仑关的计划：以第五师团和台湾混成旅团向昆仑关反攻；第十八师团和近卫旅团迂回宾阳，切断昆仑关一带中国军队的补给线和退路。中国方面仍旧在准备攻占南宁，为此调集的部队达十五万人。二十六日，日军开始反攻。
此时，中国军队调集的后续部队还有八个师尚未到达指定地点。在日军强大的攻击面前，中国军队陷入混乱。二月二日南宁以东的宾阳陷落，三日日军再占昆仑关，八日南宁以北的武鸣陷落。尽管日军兵力强大，但战线太长，后方空虚，自九日开始不得不尽量收缩。中国军队跟踪推进，又把昆仑关夺了回来，并与日军在七塘与八塘之间再次形成对峙。为了巩固南宁，二月九日，日军大本营撤销了陆军第二十一军编制，组成华南方面军，统辖两广南部的日军。日军第五师团、近卫旅团和台湾混成旅团被混编成第二十二军，负责防护南宁。
桂南会战开始之时，中国方面没能预料日军在钦州湾登陆，导致那里的防御力量十分薄弱；会战开始后，中国军队的援军一个月后才陆续抵达战场，导致南宁轻易落入日军之手，随后中国军队为夺取昆仑关付出了巨大代价，这是中国最高统帅部在战略上的一大失误。战后，蒋介石承担了责任。
中国方面反攻南宁的作战计划没能实现。特别是在日军第二十一军把广东方面的部队调至广西大举反攻昆仑关时，中国方面对此估计不足，没有命令广东的部队乘机猛击日军侧后，这不但再次暴露出中国最高统帅部在战略全局谋划上的弱点，也再次暴露出中国军队相互没有协同只会各自为战乃至只求自保的顽疾。
实际上，日军大举反攻的行动，都集中在昆仑关以东，高峰隘以西地区兵力空虚，如果中国第四战区乘虚大胆直趋南宁，不但可以迅速消减日军对昆仑关的反攻，如果行动果敢坚决还可以造成重占南宁之势。可惜，第四战区将领不敢大胆作战，反应消极迟缓，致使战机令人遗憾地错失了。另外，日军迂回昆仑关侧后宾阳的行动，无论桂林行营还是第四战区都没有料到，致使日军突击部队如入无人之境，造成了正面部队虽仍在抵抗日军的进攻但后路已断，结果全盘陷入混乱。
蒋介石对此极度不满，随即宣布了一系列处分名单：桂林行营主任白崇禧以督率部队不力降级；前来第四战区指导作战的军事委员会政治部部长陈诚以指导无方降级；第三十七集团军总司令叶肇扣押法办；第三十八集团军总司令徐庭瑶、第三十六军军长姚纯、第六十六军军长陈骥和第九十九军军长傅仲芳，以及第三十六军参谋长郭肃、第四十九师师长李精一、第一六o师师长宋士台等撤职查办。这是全面抗战爆发以来，在历次会战中高级将领被处分人数最多的一次。
在南岳军事会议上，蒋介石告诉中国军队的将领们，“横行无忌”的日军已到“不能安寝之时”，中国的抗战一定要“持久到世界大战结束，公理正气伸张之日，才能获得最后胜利”。一九三九年即将过去，尽管战争还要持续相当漫长的时间，乃至要持续到世界战争结束的那一天，但抗战中国仍然要“用最大的韧力，和敌人拼下去”，直至获得最后胜利。