1944年8月，日军侵占湖南衡阳后,为准备进占广西桂林、柳州，以第11集团军6个师又1个旅，于29日由衡阳沿铁路向湘桂边界推进；以第23集团军2个师又1个独立混成旅，于9月6日由广东清远等地沿西江向广西梧州进攻,另1个独立混成旅由广东遂溪向广西容县进攻。10日,第6方面军司令官冈村宁次奉命指挥第11、第23集团军、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。中国第四战区司令长官张发奎指挥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。14日，日军第11集团军攻占全州，随后调整部署，准备攻击桂林。22日，日军第23集团军陷梧州，至10月11日相继攻占平南、丹竹和桂平、蒙圩。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，以大部兵力固守桂林，集中一部兵力先击破西江方面之敌。21日,第64军配属桂绥第1纵队向进占桂平、蒙圩之日军独立混成第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28日,日军第23集团军主力逼近武宣,中国军队遂停止反击退守武宣。与此同时，日军第11集团军突破桂林、荔浦方面军的防御阵地，主力于11月4日进抵桂林城郊；一部向柳州进攻。7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。9日，日军第40、第58、第37师和第34师一部，向桂林城发起总攻。同日，日军第23集团军第104师、第11集团军第3、第13师突破中央兵团的防御阵地,攻向柳州。11日,防守桂林城区的第31军大部牺牲，小部突出重围,桂林陷落；坚守柳州城区的第26军伤亡过半，奉命撤离，柳州失守。随后 ，日军第3、第13师沿黔桂铁路 (都匀-柳州)向西北进攻；第23集团军沿柳邕公路(柳州-南宁)向西南进攻，24日占南宁。28日，日军南方军第21师一部从越南突入中国，向广西绥渌(今属扶绥)进攻。沿黔桂铁路进攻的日军至12月2日攻至贵州独山,遭黔桂湘边区总司令部部队的反击,撤回广西河池。10日，日军第21师与第22师各一部在绥渌会合。至此，大陆交通线全部打通。中旬，双方逐渐形成对峙，会战结束。
此战,国民政府军事委员会由于战略指导失误,战役指挥失当，致使豫、湘、桂大片国土被占，空军基地、场站被毁。日军尽管达成作战企图，却无力保障大陆交通线畅通，也未能阻挡美机空袭日本本土。由于分散了兵力，为中国军队反攻提供了条件。
