1939年11月24日，日军第五师团第21旅团在空军掩护下，攻占南宁。随后，日军北犯桂南要隘昆仑关。12月4日，日军占领昆仑关，双方处于对峙状态。
关北中国军队由白崇禧的桂林行营指挥；统率第31军、第46军、第5军，连同广西教导队独立步兵1-4团，总兵力约6万人。随后，第26、37、35、38集团军亦陆续集结到位，连同辅助部队，共达30万之众。其中第5军(军长杜聿明)是中国第一支机械化武装部队，号称“钢军”，为此次作战主力。
固守昆仑关及关南的日军是第21军之一部，辖第5师团。连同海军陆战队、空军共计约三万人。后期补充抵达的近卫师团，第18师团之一个旅团；兵员总数约10万人，实际参加战斗总兵力只有4.5万人。
1939年12月18日，第五军对昆仑关日军发起攻击。郑洞国荣誉第一师与日军展开白刃战，首先占领仙女山。当晚，各部乘胜夜袭，相继占领老毛岭、万福村、441等高地，最后攻占昆仑关。19日午后，日军在飞机掩护下进行反扑，夺取昆仑关。双方展开反复争夺。27日，是昆仑关争夺战最激烈的一天，中国空军第三大队出动6架飞机支援陆军战斗。双方伤亡甚重。杜聿明经过缜密的观测，了解昆仑关周围地形和敌阵地兵力火力，决定采取“要塞式攻击法”，逐步缩小包围圈。30日，中国增援部队到达，向日军发起更猛烈的进攻，相继攻占了同兴、界首及其东南各高地，打破了昆仑关日军的防线。31日拂晓，杜聿明军长把指挥所推进至大坟岭，指挥官兵向日军猛攻。至8时，第159师占领653西南高地；上午11时，新编第22师攻入昆仑关，经过18天的激战，至31日日军被迫向九塘方面退却。昆仑关战役胜利结束。
据日本战后公布的材料说，此役日军第21旅团班长及军官死亡达85%以上，士兵死亡4000余人。旅团长中村正雄在昆仑关南5公里的九塘被郑洞国师第三团击毙。中村正雄临死前在日记本上写道：“帝国皇军第五师团第21旅团，之所以在日俄战争中获得了‘钢军’的称号，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更强的军队。”虽然中国军队伤亡更多，在一万人以上，但中国军队抗击日军，能全歼一个精锐旅团，基本消灭了它的全部指挥官，尚无第二例。
