中方戰前兵力主要爲戰役中期已參戰的各支軍隊，但戰役後期粵系第35集團軍所屬第第64軍等軍隊又逐漸入廣西參戰，中方總兵力達15萬4000多人。日方原兵力原只有日本第21軍的4萬多人，但後期補充抵達的有近衛師團和第18師團之一個旅團，總兵力人數便達到了約7到10萬人，並擁有絕對的海空中優勢與陸軍裝備優勢。

1940年1月4日，榮一師因傷亡慘重，奉命撤出戰鬥移師思隴休整。第5軍繼續進攻。而敗退九塘之日軍也奉及川源七命令，於4日拂曉放棄九塘撤退至八塘固守。國軍新編第22師進駐九塘。第5軍繼續進攻八塘，日軍拼死抵抗，

1940年1月7日，鑑於今村均急於親自上陣並以第5師團全力爲第21旅團報仇，並打算與中國軍隊開始決戰，21軍軍長安藤利吉命令其固守南寧待援：“波集團（第21軍）企圖將有力兵團調至南寧，殲滅聚集於南寧方面的敵軍。第5師團仍應確保南寧及附近要地，以利轉用兵團之挺進。”7日起，調往桂南的第18師團（師團長久納誠一中將）、近衛混成旅團（旅團長櫻田武少將）共1.5萬人從廣州上船。日本軍部被中國軍隊的攻勢震撼，曾派大本營參謀次長澤田茂從東京趕到廣州；並派南支那方面軍副參謀長佐滕賢了、作戰主任藤原五，陪同日軍參謀本部作戰主任荒尾興功、中國派遣軍副參謀長鈴木宗作等到達南寧，但未能改變第21旅團的失敗命運。

1940年1月10日，蔣介石親臨遷江，與白崇禧、陳誠、張發奎、徐庭瑤、林蔚等討論下步作戰計劃。白提議：乘敵新敗，援軍未到，集結到廣西的中央軍李延年第2軍、甘麗初第6軍、姚純第36軍、傅仲芳第99軍會同第5軍等部隊，發動攻勢，一舉收復南寧。10日，日本第21軍制定《賓陽會戰指導方案》，定於1月下旬在以賓陽以南地區決戰。

1940年1月11日，正當白崇禧發佈部署命令準備開戰時，返回柳州的蔣致白一封信，推翻頭一天的會議上的決定，不準備再把第5軍投進去。白崇禧也不願把從各地調來的桂軍拿去硬拼，而其他地方軍隊見狀也不願意充當炮灰，所以發出改變作戰部署的新命令，全部進入固守狀態。這樣日本方面就贏得時間從容部署直至發動反攻。（戰後，柳州檢討會桂林行營主任白崇禧自責賓陽作戰中督率不力，由一級上將降爲二級上將；政治部長陳誠自責賓陽作戰中指導無方，由一級上將降爲二級上將；）

1940年1月12日，第5軍進攻八塘仍毫無進展，而第5軍在經過苦戰之後，傷亡甚重，人員疲憊，已經不適合戰鬥，於是奉命轉移至思隴、黃圩、太守等地休整。攻擊任務移交姚純的第36軍接替。這樣，國軍第5軍正式退出戰鬥序列。

日軍把第5師團、近衛混成旅團、臺灣混成旅團組合成爲第22軍，由原第18師團師團長久納誠一擔任軍司令官，而該師團則調回廣州。於廣州新設立華南方面軍司令部，安藤利吉任司令官。因爲兵力有限，第22軍放棄許多地方，僅由第5師團佔領南寧市及附近十公里地帶；近衛混成旅佔領邕江南岸；臺灣混成旅佔領邕欽公路各要點。

1940年2月22日蔣主持檢討會，獎功罰過。此外，蔣還宣佈：桂林行營不再指揮各部隊，按戰鬥序列歸第四戰區指揮；第四戰區司令部由韶關遷移到柳州。

1940年2月26日，第四戰區司令長官張發奎宣佈：“當前已無反攻南寧的必要。”整個桂南戰役到此結束。

戰後國軍高級將領的獎懲情況：

桂南會戰中中方以多打少，卻損失慘重，消息傳到重慶，蔣介石大爲震怒，決定在柳州召開“桂南會戰檢討會”，分析原因，追查責任，其中桂林行營主任白崇禧、政治部主任陳誠，均由一級上將降爲二級上將，徐庭瑤等多名將軍被撤職查辦。具體處分情況如下：

第37集團軍總司令葉肇撤職查辦，扣留交軍事法庭會審，37集團軍及66軍軍部均撤銷番號；

第38集團軍總司令徐庭瑤撤職查辦，後不再指揮作戰，任機械兵監，負責裝甲兵訓練工作；

第36軍軍長姚純撤職查辦；

第66軍軍長陳驥撤職查辦；

第99軍軍長傅仲芳撤職查辦；

第36軍參謀長郭肅撤職查辦；

第49師師長李精一撤職查辦；

第160師師長宋士臺撤職查辦；

第9師師長鄭作民已陣亡免究，該師番號取消；

第135師師長蘇祖馨撤職留任；

第135師405團團長伍宗駿扣留交軍事法庭會審；

第35集團軍總司令鄧龍光記功一次；

第46軍軍長何宣記功一次；

第76師師長王凌雲記功一次。

此外，蔣還宣佈：取消葉肇、徐庭瑤、蔡廷鍇三個集團軍番號；桂林行營不再指揮各部隊，按戰鬥序列歸第四戰區指揮；第四戰區司令部由韶關遷移到柳州。

26日，第四戰區司令長官張發奎宣佈：“當前已無反攻南寧的必要。”整個桂南戰役到此結束。

由處分結果來看，包括崑崙關之戰在內的桂南會戰最終是以中國軍隊的敗北而告結束的，而傷亡上也因指揮官的指揮失誤及各部配合不好導致損失極大，戰果較小（從日軍方面資料看，未能如國軍所言殲滅21旅團，且被宣告擊斃的21聯隊聯隊長並未戰死，還升任了少將），此戰唯一亮點爲擊斃了21旅團旅團長中村正雄。