戰役背景
當衡陽會戰時，第四戰區長官部召集了一次軍事會議，黃夢年亦參加了這次會議。會議決定：擬以第十六集團軍所轄三十一、四十六兩軍為守備桂林部隊；以十六集團軍副總司令韋雲淞為桂林城防司令；桂林市除市政府、警察局留在城內協助守城，市民每戶留壯丁一人在家看守財物外，其他各機關團體市民全部疏散，離開桂林城，以免作無謂的犧牲。會後即命韋雲淞到桂林成立城防司令部，籌劃桂林守備事宜，並調集三十一、四十六兩個軍到桂林構築守備防禦工事。韋雲淞領到城防工事費二千五百萬元，只使用極少數的工事費構成野戰工事，大部城防工事費納入他的私囊。
白崇禧當湖南抗日軍事緊張的時期，由重慶回到廣西。他認為第四戰區長官部所決定的以三十一、四十六兩個軍守備桂林的作戰計畫不恰當，並對這個作戰計畫有所改變：由三十一軍抽出一三一師、四十六軍抽出一七零師配屬七十九軍一個團及炮六團一個十五榴彈炮兵一連為守備桂林部隊，將四十六軍軍部及一七五師(師長甘成城是夏威的姨甥)、新十九師和三十一軍副軍長馮璜以及一三五師(師長顏僧武是他忠實走卒)、一八八師(師長海競強是白崇禧的外甥)調出了桂林。但一三一師(師長闞維雍)的戰鬥力最差，而一七零師(師長許高陽)又系全部新兵的後調師。計畫改變後，守城官兵都認為無異把他們送葬於桂林，憤憤不平；因此軍心渙散，士氣低落，紀律廢弛，逃亡日多。白崇禧又命柳慶師管區徵集新兵補充桂林守城部隊，以未經訓練的補充兵馬上作戰。他下令守城期限為三個月，屯集三個月糧彈，但實際上所屯集的糧彈不足一個月之用。而當桂北軍事緊張時期，他就回重慶去了。
第四戰區司令長官張發奎對白崇禧一意孤行、改變他的計畫，深為不滿，因而對桂林守備事宜也置諸不問。
衡陽失陷後，張發奎即命令九十三軍在黃沙河構築防禦工事阻止敵人南進，掩護桂林市疏散及作戰準備。9月敵軍進至黃沙河，九十三軍軍長陳牧農放棄黃沙河退守大溶江，桂林呈現緊張狀態。陳牧農就下達緊急疏散命令，各機關團體紛紛搶占交通工具。市民無運輸工具者，丟掉財物，攜男抱女地向南逃難。桂林一時大紊亂，民怨沸騰。結果陳牧農被槍斃。
桂林市原計畫留市政府、警察局在城內維持城內秩序，協助守備部隊作戰，每戶留壯丁一人在家守備私人財物。誰知桂林緊急疏散時，桂林市長蘇新民、警察局長謝豐年(他們都是白的親信)向白崇禧請求疏散離城，白為了私情也批准了。因此市府、警察局、留戶壯丁，在疏散時都跑光了，桂林城內除守備部隊外，沒有其他機關存留。守城官兵，紀律廢弛，各人打各人的主意。如城防司令韋雲淞、軍長賀維珍、師長闞維雍、許高陽等，領得全軍三個月薪餉及主副食費到手，百分之九十付回家裡，僅攜帶百分之十的經費入城，他們是準備桂林失守而發國難財的。下級官兵每晚四出，到民房去倒籠翻箱、搜尋財物，見雞殺雞，見狗當狗。把居民留在桂林的財物搶得精光。
桂林市
巢威當時是一七零師少將副師長，10月13日當巢由桂林西門進城時，在西門外民房，看到骷髏躺在竹床上無人收屍；家家大門打開，物品丟得亂七八糟，民房燒去十分之七八。巢會見韋雲淞時問他，何以敵人未來，桂林已變成一片焦土，韋無言可答。桂林市城內外除麗澤門外留下十餘間完整的房屋外，其餘全部燒光。
防禦戰
10月8、9日，日寇第十一軍四個師約八、九萬人集結於興安、全縣、灌陽附近。中旬，敵分三路向桂林進犯：一路向大溶江九十三軍陣地攻擊；一路由興安向高上田和靈田圩；一路由灌陽向海洋平大圩；目標都指向桂林。當時桂北軍事指揮是四戰區副長官兼十六集團軍總司令夏威負責。當日寇主力集結於興、全、灌時，夏即命九十三軍加強防禦工事守備大溶江原陣地；命七十九軍守備高上田之線；命新十九師守備海洋平之線；命各軍在大溶江、高上田、海洋平之線拒止敵人，未奉命令不得擅自撤退。當時十六集團軍總部位置於永福縣城，設指揮所於桂林城內。10月15日夏威又命令巢威由各軍抽調部隊共六個步兵營組織一個縱隊，開赴高上田歸七十九軍軍長方靖指揮作戰。到達高上田後，方靖即命巢威為軍之右翼守備隊，守備高上田觀音頂、雷公頂陣地，軍之左翼隊是七十九軍向敏思師。
10月17日起敵全線總攻擊，戰鬥激烈。經過兩日戰鬥後，敵人停止了攻擊，每天都有小的戰鬥。24日起，敵人又發動總攻擊，這次戰鬥在雨中進行著，較上次攻擊更加激烈。
27日下午，七十九軍向敏思師陣地被敵突破，軍預備隊使用殆盡，無法恢復既失陣地；同時九十三軍方面，軍之右翼也被敵人突破，兩軍連結部被敵占領，全線發生動搖夏威即下達全線總退卻的電話傳達命令，各軍在9時後開始向後撤退。各軍撤退後，又奉到夏威的筆記命令，由參謀人員親自送來，命令是要巢威縱隊和增加來的楊森集團之四十四師，在靈田圩東北西北一帶高地占領陣地掩護全線總退卻。28日拂曉，敵向我掩護陣地進行攻擊，在我空軍協助下與敵激戰竟日，敵不得逞。29日晨我機群不斷在上空助戰，敵不敢猛攻，只以少數部隊進行佯攻；下午我空軍停止活動時，敵即以大部隊猛烈攻擊，巢縱隊右翼之一營被敵截斷，右翼營獨立作戰；下午4時，四十四師第一線陣地被敵占領，部隊向後潰退。黃昏時候接夏威總部電話命令同意掩護部隊向後撤退。30日上午7時，巢縱隊及四十四師部隊到達大圩，奉到夏威的筆記命令，令四十四師迅即向柳州撤退歸還建制；巢縱隊除將七十九軍、九十三軍之部隊飭令迅速歸還建制外，該縱隊迅向永福方面撤退，今後歸十六集團軍總部直接指揮。各部正在準備行動時，又接到桂林城防司令韋雲淞派來參謀人員送來的命令及親筆信，說明夏威命令巢縱隊向永福撤退歸總部直接指揮的命令已改變，巢縱隊是桂林守備部隊應撤回桂林。巢威接到命令，即向桂林撤退，當巢縱隊渡過大圩河南岸時，敵先頭部隊跟即到達大圩。雙方互相隔河射擊，至下午1時巢縱隊即由河南岸向桂林撤退，敵也由河北岸向桂林前進。
當時桂林守備軍戰鬥序列如下：城防司令中將韋雲淞，參謀長中將陳濟桓，三十一軍軍司令部及直屬部隊、軍長中將賀維珍，副軍長馮璜(調出城)，三十一軍一三一師師長闞維雍，副師長郭少文，四十六軍一七零師師長許高陽，副師長巢威，每師轄步兵三團約一萬人，另有七十九軍之二九四團，一七五師步兵一營，一八八師步兵一營，炮六團一五加侖炮一連(四門)，軍直屬炮兵一營(山炮一二門)。
防禦工事大部系野戰工事，一部分利用石山岩洞砌成碉堡；全部副防禦無鐵絲網，僅用木材釘成木柵，無照明設備，陣地前敷設少數地雷。原計畫屯集三個月的糧彈，實際只屯集一個月用的糧彈，蔬菜肉類全無，僅屯集一些花生油而已。
防禦戰鬥
桂林守備部署是：
(一)以一三一師守備中正橋以北沿河區北門至甲山口之線，及河東岸屏風山、爺頭山、七星岩、貓兒山、水東街沿河之線及各個獨立據點。一三一師部署是以三九一團(團長陳村)守備中正橋以北沿河至北門之線，以三九二團(團長吳展)守備北門至甲山口之線，以三九三團(團長覃澤文)兩營守備河東岸各個獨立據點及水東街沿河之線；由三九三團抽調一營為師預備隊，控制於師部附近。
(二)以一七零師守備中正橋以南沿河區、定桂門、南門、西門至甲山口之線，及象鼻山、將軍橋、將軍山各個獨立據點。
一七零師部署是以五一零團(團長郭鑒淮)守備中正橋以南沿河區定桂門、南門之線，以五零九團(團長馮丕銘)守備西門以西沿河至甲山口之線，以五零八團(團長高中學)兩營守備象鼻山、將軍橋、將軍山各個獨立據點；由五零八團抽調一營為師預備隊，控制於南門附近。
(三)七十九軍之七一二團守備德智中學（今桂林德智外國語學校
）及以西山地各個據點。
(四)軍直屬炮兵營，以炮兵一連(山炮四門)配置象鼻山，以一連配置於北門附近，以一連配置南門。炮六團一五公分榴彈炮四門配置於皇城附近，統歸炮兵指揮官炮六團陳團長指揮。
(五)總預備隊二營(一八八師步兵一營、一七五師步兵一營)控置於北門附近。
10月30日下午6時，河東岸苗山附近、北門外車站以北地區發現敵之先頭部隊。31日上午7時，河東岸之敵向我屏風山貓兒山作試探性的攻擊；下午3時將軍山以南李家村附近及西門外檢查站附近和猴子坳以西地區均發現敵人；是日敵人已形成桂林城的包圍圈。 11月1日上午8時敵步兵二股、每股約三百人分向屏風山、貓兒山各個獨立據點進行攻擊，我象鼻山炮兵向敵射擊，支援我各個據點的作戰。我一五加侖炮及北門山炮兵連向集中在北門車站附近之敵作殲滅射擊，敵炮兵均未還擊，判斷敵炮兵尚未到來。攻擊我屏風山、貓兒山之敵不得逞，黃昏時撤去。
11月2日，敵一部向我屏風山，一部向我貓兒山，一部向將軍橋，一部向我德智中學以西石山陣地進行攻擊，一大部由北門車站向北門甲山北之線攻擊，戰鬥較為激烈。黃昏後敵不得逞而退去。
11月4日，敵軍四面進行攻擊，屏風山、貓兒山戰鬥異常激烈，敵步兵在敵炮兵掩護下，向我屏風山貓兒山據點猛攻。黃昏時屏風山、貓兒山據點同時被敵攻陷，每據點我守軍僅步兵一排，配屬重機槍一挺，官兵除受傷外，全部殉國。
敵步兵在炮兵及戰車八輛掩護下向我北門西門陣地猛攻，都被我擊退。德智中學以西山地被敵占領一個據點，守軍七十九軍七一二團之一連，僅生還八人。
11月5日，敵約二千餘人分六股向我德智中學以西山地陣地進行猛烈攻擊，敵炮兵約十餘門支援敵步兵攻擊，由上午7時開始戰鬥。至黃昏時，我守軍無兵增援，山地陣地被敵攻陷一半，仍斷續戰鬥。北門河東岸西門將軍山之線均發生激烈戰鬥。
11月6日上午4時敵占領河東岸爺頭山七星岩山頂，我守軍仍在各個岩口獨立據點與敵作激烈的戰鬥。下午6時水東街沿河陣地均被敵攻占，我守軍退回各個岩洞的據點內，繼續作戰。桂林河東西岸的交通被敵截斷，城內與七星岩三九三團通訊利用無線電話。北門外敵戰車八輛掩護步兵攻擊北門，被我戰防炮擊毀戰車二輛，敵攻擊部隊傷亡頗大。同日將軍山、西門、甲山、德智中學以西山地均在激烈戰鬥。
11月7日敵戰車掩護步兵分向我西門、北門陣地攻擊，被我擊毀西門攻擊之敵戰車三輛，在北門擊毀一輛，敵退回。 河東岸敵利用火焰器攻擊我岩洞各個據點，將岩外的樹木全部燒光，我守軍仍繼續戰鬥。
11月8日，敵竟日攻擊，敵空軍協助戰鬥。我德智中學以西山地除猴子坳及德智中學外，全部被敵攻占。我軍七一二團傷亡和逃走過大，混合編組僅一營兵力，仍守猴子坳及德智中學各個據點，與敵戰鬥。下午8時至10時敵集中優勢炮兵十五加侖炮約三十餘門、山炮百餘門向我城內各據點作打擊性的炮擊，敵步兵在炮兵掩護下分向我陣地進行猛撲。各方面攻擊之敵都被擊退，惟守備中正橋以北鹽街沿河之線的守軍陣地，被敵炮兵摧毀，敵步兵由河東岸利用木排，強行渡河成功，一股約三百餘人竄入鹽街，中正橋橋頭堡及沿河各個獨立堡壘均被占領。我象鼻山炮兵發現敵強行渡河作猛烈射擊，將敵後續渡河部隊阻止而截斷。韋雲淞知道中正橋橋頭堡及沿河之線被敵突破，一部敵人竄入鹽街後，即派師預備隊在皇城方面進行堵擊竄入城之敵；並命令巢威恢復中正橋橋頭堡及沿河之線陣地，懸賞奪回橋頭堡的給五百萬元，奪回沿河之線陣地的一千萬元。
11月9日巢威親率預備隊一營千方百計地於當日下午3時將中正橋橋頭堡及沿河陣地恢復。竄入鹽街之敵，被我兩方夾擊，圍困在街道構成的房屋堡內。敵軍各方面仍繼續攻擊，雙方均無進展。
11月10日，我軍兩營進行圍攻竄入鹽街之敵無效。敵各方面繼續向我各陣地攻擊，以北門甲山西門敵之攻擊為最激烈。同時河東岸七星岩三九三團無線電話通訊中斷六小時，不知河東岸狀況。以上是桂林城戰鬥的經過。
城防司令韋雲淞以桂林戰況不利，於11月10日下午4時召集守城高級將領開緊急軍事會議(巢威在象鼻山前線指揮作戰，未參與這次會議)。首先韋雲淞責備一三一師闞維雍部隊作戰不力，被敵突破中正橋以北沿河陣地而竄入城內，屢次掃蕩而不能奏功，造成了腹心之患。他說河東岸各據點無線電話不通，河東戰況不明；德智中學以西山地各據點，大部陷入敵手，與七一二團通訊也被敵截斷；雖然各方面陣地尚能穩定下來，但我官兵傷亡過大，陣地守軍逐漸削弱，勢難久守；處在現在戰況下，徵求各人意見。大家都不敢發言。
韋繼續說：“守是守不了，不如放棄桂林突圍而出，而免被敵全殲。”大家都贊同。決議黃昏後除象鼻山、將軍山，河東岸各據點不通知外，其餘各陣地部隊，只留少數部隊困守陣地，大部在黃昏撤離陣地分向西方突圍，突圍後以兩江圩為第一集合點，以龍勝為總集合點。會議散後，韋飭各回指揮所作突圍之準備，黃昏後開始行動。散會後一三一師長闞維雍回到師指揮所，師部人員已集合在會議廳等候他開會。闞對他們說：“有好訊息，你們等一會，我回房小便後再來告訴你們。”誰知闞回房後，房內即傳出手槍聲，參謀長郭炳祺入房看時，見闞已以手槍自殺。(在闞奉命守桂林時，即具與城共存亡的決心，曾寫下絕命書信寄柳州給其家屬，現在仍保留在他妻兒手中。)郭炳祺當即以電話報告韋雲淞，韋說“死了算了”，仍飭各團按照計畫準備突圍。
一七零師師長許高陽散會回指揮所後，打電話要巢威由第一線歸來商討突圍。巢威回到指揮所時，許將突圍決定轉告。晚上9時，巢威到達通往德智中學的橋頭，師直屬部隊陸續到來，韋雲淞、賀維珍、許高陽也於9時經過那裡。他們對巢威說：“希望你好自為之”，說完後他們就倉皇向西去了。晚上11時，到來的有一七五師的梁營和三一零團的黃營，三零九團二個步兵連和一個機槍連。當時德智中學之敵向我射擊，證明敵人又占領了德智中學。巢威隨令黃營擊退德智中學之敵。並即率各部到達德智中學召集各主管說明企圖，命令梁營向猴子坳攻擊(當時猴子坳已被敵占領)，黃營攻擊尖峰坳。梁營攻擊猴子坳，攻占第二個坳口時傷亡很大，繼續向坳頂攻擊時，梁營長不幸陣亡，士兵潰退下來。巢威親率特務連繼續攻擊猴子坳，當時面部二處受傷，牙齒被打掉過半，當場昏倒不省人事。城防司令部參謀長陳濟桓是一個跛子，行動不便，他隨韋雲淞突圍，走山坳的小道失掉了連絡，跑來跟隨巢威行動，也同時陣亡。
巢威受傷不省人事後，部隊傷亡頗大，無人指揮而行潰散。同時黃營攻擊尖峰坳，營連長陣亡殆盡，部隊也潰散無人掌握而被敵俘虜。11日上午8時，桂林守備戰鬥到此終止。
巢威重傷後也被敵俘虜。敵參謀部淺田中佐迫巢威先去南京見汪精衛後回廣西組織偽政府。巢就趁敵看守鬆懈時，在廁所越牆而逃。
結果
桂林戰役是日軍在相持階段發動的豫湘桂戰役的一部分。桂林戰役的失敗，是國民黨執行片面抗戰路線的惡果。
