蒋委员长得到杜聿明部攻占昆仑关，获得大胜的情报后，并无喜色，因第5军杜聿明部伤亡近一万七千人，第六十六军、第九十九军也伤亡一万一千人，实在是令人心痛。随后他只得下令将第五军调离战场休整补充。
在昆仑关之敌被围之际，日军大本营及中国派遣军日夜开会，筹划调兵向南宁增援。命令开往龙州、镇南关的第九旅团迅速返回，路上虽遭到桂系三十一军的阻击，他们边走边打，于12月22日返回南宁，加强了防守力量。广州日军第二十一军司令官安藤利吉，接到上面救援南宁的指令和南宁日军的告急电报，派副司令松井带指挥小组，飞赴南宁，协助今村指挥。松井刚走，大本营作战班长中佐荒原兴功和南京中国派遣军副参谋长铃木及两名参谋，飞来广州，研究半天，由二十一军副参谋长佐滕，带着驻广州的第18师、近卫混成旅，分期分批赶到南宁，准备再攻昆仑关。12月20日，广州第二十一军参谋长根博少将率领司令部到南宁指挥。根博向大本营要来200架飞机。一时间，南宁城日军人满为患。
蒋委员长亦从内地调兵增援桂南。但中**队尚未集中完毕，日军即于1940年1月28日开始进攻，第5师、台湾混成旅对高峰隘亘昆仑关之线实施正面攻击；第18师、近卫混成旅分由良庆、七塘经甘棠、那河迂回宾阳。
2月1日，第四战区司令长官张发奎接替白崇禧指挥桂南作战。
2月2日日军攻占宾阳，3日再夺昆仑关，8日陷武鸣，9日开始回撤。第18师调回广东；第5师、近卫混成旅、台湾混成旅编组为第22集团军，驻防南宁、钦县、防城及其外围据点。中**队乘势追击，先后收复宾阳、武鸣、昆仑关等地。此后，双方对峙。
蒋介石连日看着战报，开始还很高兴，可是当看到第五军损失巨大时，就很不愉快，他派陈诚、李济琛到桂林前线协助白崇禧作战。陈诚、李济琛哪有回天之力，战绩仍旧不好，天天吃败仗。蒋介石坐不住了，于2月21日在张治中的陪同下，飞赴柳州，召集师以上军官汇报总结战况。当郑洞国说到他们师的1.7万官兵，战后只剩下700人时，蒋介石又气又急，差一点晕了过去。
蒋介石于22日在柳州召开军事会议，总结上一年冬季攻势作战，纵论日军的战术。他说，日军战术的长处有四点。一是快，善于运用快速突击，乘人不备攻击过来。二是硬，坚守阵地，不易动摇。三是锐，惯用锥形突击战术。四是密，行动保持秘密，令人莫测。他又说，日军的短处也有四点。一是小，投入兵力已到极限，以后只有小兵力侵扰。二是短，只能有短时间的战斗力。三是浅，不能深入内侵，只能作近距离攻击。四是虚，预备兵力用尽了，后方完全空虚。
日军得到蒋介石在柳州开会的情报，派出轰炸机，企图轰炸蒋介石的住地。23日下午，日机飞临柳州上空。蒋介石刚好午睡初醒，时间是2点15分。他听到飞机的声音，命令卫士辨明飞机的方向。他忽然警觉：日军飞机一定是来炸自己的。他连忙披衣整装外出。照他自己的说法，当时的慌张不亚于他在西安事变开始的时候。
蒋介石走到外面，侍卫长王世和说：“敌机已由头上飞过，似不要紧。”蒋介石不相信，急忙躲进后山上层的防空洞。不一会，二十多架日机一齐向防空洞上投弹，不久又飞回来低空俯冲投弹。炸弹都落在防空洞右上方五十米到一百米，有的落在山顶上，一共炸伤十二名卫士。
蒋介石安然脱险后在当天的日记记载：“午睡初醒，二时十五分，闻机声，命卫士审其方向，旋忽警觉敌机必来炸余，乃急披衣整装外出，其匆促之情，殆不啻于西安事变之初焉。余知敌机如来炸柳，其目标必在余，乃急入后山之上层防空洞。少顷，敌机二十余架齐向洞上投弹。旋又来袭，低空俯冲投弹，弹皆着洞上右方五十米至百米之山巅，计伤卫士十二人。”
在第二天的会上，他沉着脸说：“桂南会战，先胜后败，崇禧等实有负国人厚望。”白崇禧心里一沉，低下头。
蒋介石接着宣读军委会对桂南作战负有责任和应受奖励的人员名单：
桂林行营主任白崇禧督率部队不力，予以降级，由陆军一级上将降为二级上将；
政治部部长陈诚指导无方，予以降级，由陆军一级上将降为二级上将；
蒋介石不读了，歪着头问第三十七集团军总司令叶肇：“叶总司令，日军反攻昆仑关，你在哪里？”
叶肇在昆仑关以南的高田村祠堂里打牌，接到白崇禧要他迂回昆仑关命令时，迟迟不动。蒋介石点他的名，吓得站起来，结结巴巴地说：“报告委员长，那天我拉肚子，找不到军医开药。”
话没说完，只听“嘭”地一声，蒋介石猛地一击桌子，吼叫道，“我给你开药方了，”接着宣读处分通报：“查第二十七集团军总司令叶肇，临危不进，贪生怕死，不顾大局，罪大恶极，交军法审判！”说罢，手一挥，“来人，逮捕他！”
接着，他又宣读了八名军长撤职查办的处分。
第38集团军总司令徐庭瑶撤职查办；
第36军军长姚纯撤职查办；
第66军军长陈骥撤职查办；
第99军军长傅仲芳撤职查办；
第36军参谋长郭肃撤职查办；
第49师师长李精一撤职查办；
第160师师长宋士台撤职查办；
第9师师长郑作民已阵亡免究，该师番号取消，改无名师；
第135师师长苏祖馨撤职留任；
第135师405团团长伍宗骏扣留交军事法庭会审；
第35集团军总司令邓龙光记功一次；
第46军军长何宣记功一次；
第76师师长王凌云记功一次。
此外，蒋还宣布：取消叶肇、徐庭瑶、蔡廷锴三个集团军番号；桂林行营不再指挥各部队，按战斗序列归第四战区指挥；第四战区司令部由韶关迁移到柳州。
柳州会议以后，蒋介石回到重庆，看到各报刊登关于桂南会战的报道，大都是指责白崇禧，一气之下下令撤销了桂林行营，免去了白崇禧桂林行营职务，调回重庆分配工作。1940年7月，任命他为国民革命军副总参谋长。
日军重占昆仑关，巩固南宁后，为使两广成为向我国内地进攻的策应方向，和进窥东南亚的基地，大本营决定在广西成立华南方面军，下辖四个师团，由安滕吉利担任华南方面军司令官，驻扎南宁。
担任进攻南宁和昆仑关的是日军第五师团，他们在此次战役中立下大功，其师团长正是1934年和1935年在李宗仁、白崇禧部担任军事顾问的今村。今村对广西情况相当熟悉。在桂军担任军事顾问期间，他与白崇禧关系十分密切。白在生活上对他无微不至地关心，并给他找了一个广西的漂亮姑娘为妻。
就在蒋介石在柳州宣读军委会给白崇禧的降级处分之际，今村给白崇禧发来了所谓日华提携的电报，其主要内容是：
(1)日军占领南宁，是为了遮断至越南之交通。
(2)对李、白两将军在广西之建设成就表示敬意。因而尽力避免破坏，并对两将军治下之民众生命财产，努力予以保护。
(3)希望两将军统观世界局势，促进东西同文、同种，中日两民族之间的提携，并向前迈进。
(4)将军应认识到，如与日军为敌，希图夺回南宁，则在南宁之日军，可独立与将军所率之50万人来攻之部队作战，且确实将取得胜利。
(5)将军部下在南宁附近战死之4200余名勇士，日军已将其葬于南宁之中山公园，并予以着重保护。
白崇禧接到今村的电报，怕泄露出去，让蒋介石知道后，再给自己一个通敌的罪名，便主动将电报交给了蒋，蒋在电报上批了几个字：健生受处分，咎由自取。
昆仑关战役结束后，杜聿明在巍峨的昆仑关上建了一座“陆军第5军抗日阵亡将士纪念碑”，含着热泪亲笔楷书了400字的悼念碑文。他对记者们说：“这次抗战胜利……需要着重宣传的是，本军是民众的武力，民众是本军的父老，本军的胜利，其实也是民众的胜利。”
整个二战，杜将军及其率领的新五军，共与日军作战一千七百次，歼灭日军6万多人。这一数字仅次于张将军与薛将军。但其战斗的含金量却为最高。因为他面对的大多是日本的王牌师团。
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