荣1师迫近昆仑关。26日，桂林行营命第159师增加至第5军的左翼，协同攻击。杜聿明鉴于日军增援部队突破七塘北方防线，继续北进，有反包围荣1师右翼的危险，决心彻底集中兵力，采用以正面攻击为主之逐次攻略战术。经行营及集团军同意，变更了部署，28日部队调整完毕，于15时开始攻击。以第200师附荣1师第3团及新22师1个团，沿公路东侧，逐次攻略昆仑关东北侧日军各据点。令第1师攻击441高地，新22师为预备队。激战2日，经多次白刃搏斗，将界首附近各据点逐个攻破，日军反击均被击退。30日拂晓，杜聿明命新22师超越第200师，接替担任正面攻击。激战至中午，先后攻占南北同兴、界首及其东南各高地。荣1师亦经多次肉搏后攻占了441高地一角。31日拂晓、杜聿明将指挥所推进至大坟岭，紧靠第一线指挥作战。战斗至8时，日军逐渐不支。第159师攻占653高地，新22师于11时突入昆仑关，完全占领东西侧高地，日军残部逃九塘。

    1940年1月1日，第5军再次调整部署。2日继续向九塘、441高地攻击。荣1师于3日夜攻占441高地，新22师于4日攻占九塘，日军退守八塘。1月5日，继续向八塘攻击。此时，向龙州进攻的日军第9旅团已于1939年12月29日返回南宁，日军第5师团长今村均对八塘的防守进行了调整，由第9旅团长及川源七指挥其第11、第41联队及台湾旅团步兵第1、第2联队防守八塘，在昆仑关遭受重创的第21旅团第21、第42联队及骑兵第5联队残部换回南宁，第5军因连日作战，伤亡已重，战斗力大减，所以进攻没有进展。至11日，第5军奉令调思陇附近整理，遗防交第36军接替，昆仑关作战暂告结束。昆仑关作战，第5军伤亡1.65万亲人，日军死伤中村正雄旅团长以下约6000人。日军第5师团第21旅团伤亡过半。这是该师团侵华以来，继平型关、临沂、台儿庄之后的又一次惨败。

    为了争夺南宁这一战略要区，中日双方均在调集兵力。至1940年1月末，日军已将其近卫混成旅团、第18师团运至南宁地区；中国军队也调了约19个师的兵力在南宁地区。但战争重心移至宾阳地区。日军第21军司令官安藤利吉于1月23日到达南宁，直接指挥作战。日军于1月28日开始进攻。桂林行营和第四战区由于敌情掌握不准确，兵力部署有失误，战斗至2月4日，中国军队全线溃退，思陇、昆仑关等地再次落入日军手中，武鸣亦为日军攻占。但日军兵力不足，深入作战，后方空虚，补给困难，并受到中国军队的不断袭扰，难以巩固其新占领区。中国第12集团军又开始加强对粤北日军的攻击，迫使日军不得不收缩战线，从2月9日起，日军开始南撤，其第18师团于16日由钦县撤回广州以北.中国军队跟踪尾追，又进抵昆仑关、高峰隘东西之线。经激战后，在七塘、八塘地区与日军形成对峙。

    1940年2月22日，蒋介石在柳州召开高级将领军事会议，对南宁地区的作战和冬季攻势作战进行检讨总结。因南宁、宾阳方面失利，2月25日会议结束时，蒋介石宣布了南宁方面作战将领的奖惩名单：桂林行营主任白崇禧以督率部队不力，予以降级。1月28日调来指挥作战的军委会政治部部长陈诚以指导无方，予以降级，第37集团军总司令叶肇，予以扣押，交军法宣判；第38集团军总司令徐廷瑶，第36、第66、第99军军长姚纯、陈骥、傅仲芳，第36军参谋长郭肃，第49、第160师师长李精一、宋士台等均撤职查办。第35集团军总司令邓龙光、第46军军长何宣、第76师师长王凌云各记功一次。这是七七事变以来各战役中高级将领受处分最多的一次。