中國軍隊共調動了19個師約15萬人投入戰鬥。預定發起進攻的時間為12月18日。這是抗日戰爭時期中日雙方處在戰略相持階段，中國軍隊反擊侵華日軍的一場大戰。
昆侖關是南寧的北大門，位於邕賓公路要道，距南寧約40公裏，這一帶群山綿延相依，其中多是懸崖深穀，地勢極為險要。邕賓公路在其間穿過昆侖關，東麵兩公裏處有635高地，西麵兩公裏處有445高地和441高地，可謂一夫當關，萬夫莫開。中國軍隊要收複南寧，首先要攻克昆侖關；日軍要占領南寧，同樣必須固守昆侖關。
杜聿明的第5軍是此次反攻南寧的主力，而反攻的第一場硬戰，就是要攻破昆侖關，掃除前進中的障礙。戰鬥打響前，杜聿明從遷江轉移到潭蓬村，軍指揮所設在村後一個山洞裏。12月10日，杜聿明在指揮所召開軍團以上軍官參加的戰前會議上下達了攻擊命令。
12月12日，第5軍各師團按指定路線，利用夜色掩護，秘密地進入各自攻擊的預定位置。軍指揮所也遷至南天村高大嶺一個山洞裏，便於就近指揮作戰。
對中國軍隊的反攻計劃，日軍事先一無所知，做夢也未料到會遭到毀滅性打擊。日軍第5師團占領昆侖關後，師團長今村均中將不禁洋洋得意，大有昆侖關所謂天險也不過如此的感歎。他留下第21旅團42聯隊的鬆本總三郎大隊防守昆侖關，配備了山炮、迫擊炮、速射炮、工兵、無線電台等各一個小隊協助防守，師團主力則撤回了南寧。今村均畢竟是沙場老手，深知昆侖關位置的重要性。在他的命令下，日軍在昆侖關以北的仙女山、老毛嶺、441、653、600、羅塘等高地，以及立別嶺、枯桃嶺、同興堡、界首等要地，修築起許多據點式的堡壘工事，外圍拉了幾重鐵絲網、鹿砦等障礙物，並以各種輕重武器組成嚴密的火力網，形成以昆侖關為中心的堅固防線。
12月18日淩晨1時，杜聿明將軍一聲令下，第5軍重炮團和各師山炮營齊聲向日軍陣地猛烈轟擊，日軍也開炮回擊，雙方炮戰大約進行了30分鍾，第5軍遠射程重炮火力完全壓製住了日軍的炮火。
榮譽第1師各突擊隊在鄭洞國師長的命令下，紛紛躍出工事衝向昆侖關周圍各個日軍陣地。日軍在中國軍隊猛烈的攻擊下，紛紛退卻。中國軍隊很快就占領了昆侖關外圍的仙女山、老毛嶺、441、600等重要高地。戰鬥進行到11時左右，榮譽第1師又相繼攻占了羅塘、同興堡高地，打到下午3時，再克枯桃嶺、高田圩等日軍陣地。
與此同時，邱清泉的新編22師裝甲部隊按照預定計劃，從昆侖關以北的思隴出發，穿越數十裏山路，突然出現在昆侖關側後的五塘、六塘地區。當時日軍沒有絲毫防備，因為怎麼也預料不到中國軍隊的坦克師竟然越過昆侖關，從高山密林裏奇跡般地冒了出來。
日軍由於沒有反坦克炮，麵對隆隆開過來的坦克群束手無策，鐵絲網、堅固的碉堡等工事，此時都成了坦克群攻擊的死靶子，在炮聲中一個個被摧毀。那些手持三八步槍的日軍士兵，更是失去了威風，在坦克和中國軍隊追殺下抱頭鼠竄，四散逃命。邱清泉的新22師輕鬆地占領了五塘、六塘，切斷了昆侖關日軍的退路，同時阻擊南寧來增援的日軍。
為增援昆侖關的守軍，阻止中國後備部隊投入戰鬥，日軍第5師團長今村均隻好向海軍求援。不久從欽州灣海麵“加賀”號航空母艦上起飛的幾十架戰鬥機，對擔任總預備隊的第200師進行轟炸。戴安瀾師長迅速組織全師高炮、輕重機槍猛烈還擊，擊落了幾架。日機再不敢張狂地低空掃射，而是在高空把炸彈亂扔一氣。
18日夜，杜聿明決心加大第一線的攻擊力，命令第200師接替已傷亡較大的榮1師，擔任正麵主攻。第200師第598團在重炮、坦克的支援下，對653高地發起猛攻，用強大的火力殺出了一條血路，占領了這扇通往昆侖關的大門。戴安瀾師長決心不給日軍喘息的機會，命令第599團立即投入戰鬥。在坦克的掩護下，599團越過653高地，沿山下公路直奔昆侖關。但守關日軍殊死抵抗，並在飛機的配合下拚命反撲。第599團立足不穩，又不得不退出昆侖關。