遂溪向广西容县进攻。这次日军出动第11、第23军、第2飞行团（飞机约150架）和第2遣华舰队一部，共约16万人，在南方军一部配合下，以打通桂越（南）公路为目标，向桂林、柳州进攻。

而中国方面则是以第四战区司令长官张发奎最高指挥官，指挥第二十七、第十六、第三十五、第二十七集团军，及第六战区孙连仲第二十四集团军、汤恩伯兵团，共9个军、2个桂绥纵队、空军一部（飞机217架），共约20万人，在黔桂湘边区总司令部的3个军支援下，以分区防御抗击日军，桂柳会战拉开序幕。

同衡阳保卫战不同的是，桂柳会战中的国民党部队表现极为糟糕，5月25日，日军占领桂北战略要地黄沙河；接着，敌寇占领全县，广西北部门户洞开，桂林吃紧；5月29日，从广东来犯之敌，攻陷梧州，紧接着攻陷桂平？平南？武宣等地，威胁柳州右侧背。从桂北入侵之敌，攻陷全县后，直扑兴安，第九十三军及第七十九军在兴安一线曾与敌进行了较为激烈的战斗，不支，兴安于6月2日陷敌。

第四战区鉴于全州地区日军尚无行动，遂调整部署，将所部编组为桂林、荔浦、西江3个方面军，南宁、靖西2个指挥所，以大部兵力第31军桂系中将军长贺维珍部2万兵力固守桂林，集中一部兵力先击破西江方面之敌。6月6日，第64军配属桂绥第1纵队向进占桂平、蒙圩之日军dú lì混成第23旅实施反击；另以第135师等部向平南、丹竹攻击，策应反击。战至6月16日，日军第23军主力逼近武宣，中队遂停止反击退守武宣。与此同时，日军第11军突破桂林、荔浦方面军的防御阵地，主力于6月24日进抵桂林城郊；一部向柳州进攻。28日第四战区将3个方面军编组为左、中、右兵团，集中兵力保卫桂、柳。6月29日，日军第40、第58、第37师和第34师团一部，向桂林城发起总攻。

守卫桂林的虽然号称3各方面军，但是实际上桂林城内守军只有防守司令部（防守司令韦云淞）直属部队？第三十一军军部及该军所属的第一三一师（师长阚维雍）？第四十六军所属的第一七○师（师长许高阳）？第七十九军的1个加强团，总兵力约18000人。

7月3日，敌集中所有火力攻城，守城部队虽与来犯之敌展开了激烈的战斗，终因敌众我寡，孤军无援，战斗坚持到7月10日夜间，由于防守司令韦云淞率第三十一军军长贺维珍？第一七○师师长许高阳等高级将领及少数部队“突围”桂林城，城内有组织？有指挥的对敌作战终止了。守军除第16集团军副总司令韦云淞、第31军军长贺维珍率一部分幕僚逃出以外，桂林防守司令部参谋长陈济恒、第31军参谋长吕旃蒙、第170师副师长胡原基、第131师第392团团长吴展等以下官兵2400余人在战斗中牺牲。31军131师少将师长阚维雍拒绝撤退，于阵地拔枪自尽忠烈殉国。据日军第11军统计，桂林战斗中，中队阵亡5665人，被俘13151人，被日军缴获各种口径的火炮156门、重机枪110挺、轻机枪359挺、步枪2737枝。7月11日上午8时，桂林失陷。蒋介石严令“死守桂林3个月”实际只战斗了9天即告失陷了。

同日，从广东入侵广西的日寇第23军第104师团、第11军第3师团及第13师团突破zhōng yāng兵团的防御阵地，攻向柳州。守备柳州的是第二十七集团军的丁治磐军，该军未经激战就逃跑，敌寇轻而易举地占领了柳州，实令人可悲可叹。敌寇攻陷桂林？占领柳州后即马不停蹄地向宜山猛犯，第四战区司令长官张发奎严令第四十六军等部在宜山一线占领阵地阻敌西进，掩护长官部及其它部队后撤。但该军未认真执行命令，阻击敌人，宜山遂于柳州失陷后的第3天失陷了。