日本人非常清楚李宗仁的戰鬥力，所以在戰役開打之前就直接拉出15萬人的正規部隊，而桂林也是豫湘桂戰役的最後一個支點，日本人肯定會不惜一切代價拿下這座城市，以此來徹底摧毀桂軍的老巢，桂林戰役就在這樣的背景下展開了。

戰役剛開打時日軍依靠飛機坦克的掩護，進攻非常順利，部隊很快就推進到桂林城下，桂林守軍也表現出了極爲驚人的毅力，大軍壓境之下他們迅速搶佔城市制高點架設重機槍，並且還在城外設立了三道防線。按照白崇禧的說法，這些防線可以丟掉，但一定要給日本人造成打擊，盡最大可能消耗日軍的有生力量。另外白崇禧還在城內安排了重兵，發動老百姓與日本人打巷戰，並且他還做好了準備，日軍真敢進城的話就直接實行焦土戰術，把外圍城鎮直接一把火燒了，讓日本人陷入一片火海。

安排好這一切措施後，日軍分三個批次進攻桂林城，第一波日軍在進攻三道防線時就受到了很大挫傷，等他們來到城門之下進行攻城戰時，城內高據點的機槍手則瘋狂進行掃射，日本人的第一梯隊進攻也因此告吹，留下了近百具屍體在那裏。緊接着日本人又派出了第二梯次的部隊進攻，但那幾個高據點的機槍火力絲毫沒有減弱，城頭上的士兵也異常兇狠，他們把所有的手榴彈都往鬼子頭上招呼，居高臨下的火力壓制讓日本人都已分不清到底哪裏是主要火力點，很快日本人第二波進攻也失敗了。

接連的進攻受挫日軍也是非常惱怒，他們二話不說把所有的山炮、迫擊炮都對準了城頭守軍，並且也在城門下佈置機槍手對着城頭掃射。很快炮火一陣轟鳴，城門上守城士兵大半陣亡，幾個高據點的機槍手也被打得遍體鱗傷，據點也不像樣子了。但就在日本人自信的以爲桂林就此拿下時，他們剛殺進城又遭到了另一波猛烈的火力抵抗，剩下守城士兵又補了上來，與日軍進行了殘酷的巷戰。

前前後後的進攻使日軍傷亡數千人，這時的日本人已經陷入瘋狂，所以他們公然違背國際公約，對整個桂林城內大量投放毒氣炸彈。雖然守城部隊非常剽悍，但他們並沒有真正見識過毒氣彈的威力，面對槍林彈雨都無所畏懼的軍人在日軍毒氣進攻下一個個倒了下去。日本人靠着毒氣進攻和火力壓制把守城的2萬桂軍基本打了個精光，桂軍亡9000餘，傷6000餘，戰鬥力基本無存，日軍也憑藉陰險的手段順利拿下桂林城，順利打通南部交通線。桂軍面對數倍敵人，在無支援、無補充的情況下抵抗日軍12日，雖然最終結局桂林陷落，但桂軍打出了血性，打出了中國軍人的意志，他們光着膀子拿起刺刀與日軍坦克進行‘肉搏’，這些都是中國軍人永不屈服的精神，有如此男兒，何愁日寇不退？