麵對嚴重的形勢，剛結束與沈鴻英作戰的李宗仁非常冷靜。他認為，滇軍雖眾，但滇、桂、黔3省邊區，多屬崇山峻嶺，道路崎嶇，數萬大軍俱發並進，是不可能的。三路軍中，第二路軍龍雲部首先入桂，並在李部有計劃地退出南寧時，占領了南寧，但後繼之軍不到，龍部反成了孤軍。這樣，李宗仁等可以從容部署作戰計劃，各個擊破來犯的滇軍。
龍雲占領南寧後，前鋒於3月底又越過昆侖關，占領高田，進逼賓陽，企圖消滅伍廷部。龍雲部駐紮昆侖關，守攻自如，十分有利。李宗仁強烈意識到，對龍雲一戰，關係重大，隻能勝不能敗，勝了是給唐繼堯一個下馬威，使他不敢輕易前進，敗了則滇軍蜂擁入桂，桂軍有全軍覆沒的危險。於是，他與白崇禧、黃紹竑反複討論戰略戰術，作了細致周密的安排。
5月16日，李宗仁命部隊向昆侖關進攻。為了保證昆侖關一戰的勝利，開始李宗仁便親臨前線指揮作戰。將帥臨陣，士兵精神百倍，作戰時奮不顧身。但昆侖關地勢險要，易守難攻，有一夫當關萬眾莫入之勢。李宗仁指揮部隊，血戰一晝夜，損兵折將，不能奏效。這時，李宗仁發現負責左翼進攻的範石生部還未參加戰鬥，於是，他從陣地調兩個縱隊向左翼延伸，改打滇軍。全軍將士拚力衝殺，龍部不能支持，死傷二千餘人，終於攻下了號稱天險的昆侖關。但李宗仁毫不放鬆，命令部隊跟蹤追擊，龍雲軍複於八塘憑險頑抗。李宗仁率部隊與滇軍奮戰一晝夜，再度擊破八塘的防守。八塘一破，李宗仁以破竹之勢，相繼攻下七塘、五塘，龍雲部躲進南寧。
南寧城牆堅實，李宗仁部沒有重炮，一時難以攻克，李遂下令先將南寧圍個水泄不通，打算以斷糧斷水來逼迫龍雲就範。正值此時，範石生方乘著四人綠呢大轎跚跚而至。原來他的部隊個個是“煙腔”，行動太慢。範部到達不久，黃紹竑部也自梧州趕到南寧。李宗仁正為良好的形勢有些得意時，忽接柳州告急電，唐繼堯的滇軍第一路由貴州入廣西，已兵臨柳州城下。柳州是南寧的第一道門戶，柳州一失，則立呈唇亡齒寒之勢；南寧被困之敵不但可減輕壓力，而李部還將處於被滇軍前後夾擊殲滅的危險。這是一個不堪設想的後果。形勢的驟變，反使李宗仁頭腦冷靜，他立即調兵遣將，重新布置，將圍城之責交給範石生，自己率大隊人馬星夜趕往柳州增援。精明的龍雲，見李宗仁調大隊人馬撤圍，知軍情有變，判斷唐繼堯軍已進入廣西，認為有機可乘。於是他懸重賞組織敢死隊，打算出城突擊，創造奇跡。重賞之下必有勇夫，一下子有千餘人報名參加。龍雲見敢死隊士氣高昂，當晚便實行突圍。圍城的範石生軍措手不及，被龍部衝得七零八落，暈頭轉向，倉皇後退幾十裏。
剛出南寧城不遠的李宗仁聞訊，速調俞作柏領兵折回救援，給敢死隊以重創，嚇得滇軍蜷縮在城內，不敢輕舉妄動。為徹底消滅龍軍，李宗仁決定在八塘紮營，一麵指揮圍困南寧戰事，一麵策劃援柳部署。李宗仁為吸引龍軍出城野戰，將圍城的東北萬部隊撤去，惑他出甕。無奈龍雲上次吃了虧，學起乖來，幹脆閉守不出，一則等待唐繼堯的增援，二則蓄力以收內外夾擊之效。其實此時柳州的戰事已十分激烈，唐繼堯軍步步逼近，柳州守將李石愚在前線陣亡，形勢岌岌可危，幸黃紹竑、白崇禧率部分別從梧州、桂林趕往柳州前線，血戰了一日，打死打傷滇軍二千餘人，才使柳州得以解救。柳州一役，唐繼堯主力受到致命打擊，膽戰心寒，率餘部退至慶遠。李宗仁接到白崇禧的捷報，興奮異常，命大部追擊，唐部潰不成軍，於6月退回雲南。
為使南寧城龍雲部早日投降，李宗仁將唐部俘虜數百人送入南寧城，告知滇軍在柳州的慘敗。龍雲不信，李又命將俘虜中的兩名旅長送入城中，龍雲才相信。此時，南寧城也已糧絕彈盡，且疫病流行，龍雲知道繼續孤守，意味著滅亡，於1925年7月7日夜間，渡河向左江逃竄。李宗仁派俞作柏率部追擊。隻因俞行動遲緩，耽擱時日，讓龍雲突然逃回雲南。
經過討沈拒唐兩次險惡的戰役，李宗仁以少擊眾，全殲沈鴻英部，挫敗唐繼堯東進之師，終於1925年7月統一了廣西。還在7月1日，廣州大元師府正式改組為國民政府時，廣西遂納入國民政府的領導之下。因李宗仁統一廣西有功，受到政府的讚賞，並在國民黨第二次全國代表大會期間被選為候補中央監察委員。
按廣東政府的要求，廣西的軍、政、財、教等諸方麵在李宗仁的積極整頓下，走上了軌道，與陸榮廷統治廣西時相比，呈現出前所未有的新氣象，為廣州國民政府早日北伐提供了有利條件。