桂林陷落后，日军没有停留。
南线第二十三军第 104 师团、独立混成第 22 旅团，与北线第十一军第 3 师团一部，像两柄磨利的弯刀，同步向广西工业重镇、湘桂黔铁路枢纽柳州，猛扑而来。
这座城市还是中美联合空军在华南的最后备用机场，每月可转运物资八千吨，承担着三成的日军交通线侦察任务，一旦失守，日军将直逼贵州，威胁西南大后方。
而在桂林那场惨烈溃败后，第四战区司令长官张发奎率残部退守柳州周边。耻辱像烧红的鞭子，抽打着每一个尚存血性的中国军人。他们清楚，柳州若失，西南门户洞开，自己将沦为历史的罪人。
只是，现实给了这份决心沉重一击。
张发奎能收拢的兵力仅有 3.2 万人：桂系第十六集团军（夏威部）经桂林血战只剩万余人，第 31 军仅存第 135 师残部 4200 人，老兵占比不足三成；第 46 军 175 师、188 师合计 6300 人，其中 175 师补充了两千名广西民团，尚未完成战术磨合，全军仅余山炮八门，炮弹不足百发。
粤系第三十五集团军仅抽调第 64 军 155 师驰援，再加上临时配属的中央军第 29 军（陈明仁部），这支部队刚经历衡阳会战，6200 余名官兵中新兵占比达 65%，十八岁以下的娃娃兵约一千两百人，装备方面仅配备中正式步枪 2800 支、捷克式轻机枪 110 挺，重机枪仅 24 挺，无反坦克炮，面对日军坦克只能依赖集束手榴弹，每门迫击炮仅存 15 发炮弹。
张发奎没有选择 “分兵据守”，他制定的是 “核心固守 + 外围迟滞” 计划：
以中央军第 29 军驻守柳州城区鱼峰山、马鞍山核心阵地，那里构筑了三层环形工事，山顶设重机枪掩体，山腰挖掘坑道式散兵坑，山脚布置铁丝网与地雷区，鱼峰山更依托岩石凿刻炮位，配备两门 75 毫米山炮，可覆盖火车站及周边街道；
桂系部队则在北郊柳城、东郊鹿寨布置梯次防线，东郊由第 46 军 175 师 2 营驻守，沿洛清江构筑堤坝式战壕，设置 12 处机枪堡，配备马克沁重机枪 6 挺，北郊由第 31 军 135 师 3 团负责，依托融江沿岸山地设伏，在公路两侧埋设地雷 300 余颗，破坏桥梁 4 座。
计划的核心，是 “拖”。拖到第九战区援军抵达，再图反击。可他不知道，请求的第九战区第 4 军（欧震部）被湘南日军牵制在全州，中央军第 5 军（邱清泉部）被蒋介石留驻贵州安顺保卫陪都侧翼。
重庆发来的电报只有一句：“就地坚持，援军陆续可调”。
十一月十日，桂林陷落的同一天，日军南北两线同时发起进攻。
东郊鹿寨防线首先告急，桂系第 46 军 175 师官兵用手榴弹和刺刀阻击日军装甲车，3 营营长黄超云率部在大埔镇死守，面对日军坦克冲击，他抱起集束手榴弹冲向履带，炸毁一辆后腿部中弹。阵地被突破后，他拒绝部下搀扶，坐在战壕里用手枪射击，直至子弹打光，随后举枪自戕，临终前高呼 “广西子弟不降！” 全营无一生还。
北郊柳城也陷入苦战，日军重炮将地堡炸成废墟，守军残部退入山林继续袭扰。
十一月十一日拂晓，日军将主攻方向转向城区。
他们采用 “空地协同 + 坦克引导” 战术，每天出动 12 架战斗机轰炸工事，150 毫米榴弹炮密集轰击鱼峰山、马鞍山，12 辆 97 式中型坦克沿中山路、龙城路推进，碾压守军战壕。
第 29 军军长陈明仁率警卫连在附近督战，见阵地动摇，他拔出手枪高呼 “谁敢退一步，我就毙了谁！”
鱼峰山阵地的争夺最为惨烈，19 师 56 团团长韦世明战前给妻子写信：“柳州一战，关乎国家存亡，若我不归，勿念勿悲”，此刻他带着士兵与日军白刃巷战，日军用火焰喷射器攻击掩体时，他率警卫员冲出厮杀，连续斩杀两名日军后胸部中弹，遗体被部下掩埋在山腰间。
城区街巷里，中山路、龙城路一带逐屋争夺。
第 29 军新兵陈阿毛（十七岁）与战友坚守一间民房，用手榴弹炸毁日军冲锋的先头部队，后被燃烧弹引燃房屋，冲出房门时被机枪击中，手里仍攥着未扔出的手榴弹。
日军战报记载 “柳州街巷战斗之激烈，远超桂林外围，中国士兵多战至最后一人”。
此时守军已断粮半日，士兵只能搜寻民房残留的粮食充饥，步枪兵人均子弹不足 20 发，轻机枪每挺仅存 150 发，第 56 团最后只能用刺刀、大刀近战。
十一月的柳州气温降至 15c以下，多数士兵仍穿着单衣、草鞋，部分新兵甚至赤脚，野战医院收治的 800 余名伤员中，近半数因缺乏药品感染死亡。
傍晚，鱼峰山核心阵地被日军工兵用爆破筒炸开缺口，火焰喷射器清扫了最后的坑道。
张发奎站在西郊山头，看着城内冲天的火光，对参谋总长白崇禧发电：“柳州守军血战两日，伤亡过半，粮弹告罄，援军未至，职虽欲死战，然力不从心”。下令撤退时，他一拳砸在地图上，悲愤道 “我张发奎对不起广西百姓！”
陈明仁坚持最后一个离开指挥所，途中多次停下收拢散兵，直至日军逼近才西撤，战后他在日记中写道 “柳州之失，非战之罪，实乃实力悬殊，援军不至”。
柳州，在坚守两天后宣告陷落。
日军占领后立即成立 “柳州铁路修复队”，动用 2000 名战俘与民夫，七天内修复火车站及周边 15 公里铁路，第 104 师团一部向西推进至宜山，掠夺粮食 50 万斤、汽油 300 桶补充物资。
有人将失败归咎于 “派系私心”，但战场的真相更为残酷：桂系与中央军的协同虽有瑕疵，第 46 军 175 师在柳城战死率达 40%，第 29 军在城区战死近 3000 人，没人在 “保存实力”。真正的绝境，是兵力与装备的绝对悬殊，是寒冬里单衣赤脚的士兵，是粮弹断绝时嚼生米的坚守。
柳州陷落让日军打通湘桂铁路的目标近在咫尺，但他们的 “一号作战” 尚未完成。
南线第 23 军第 22 师团继续南进，十一月二十四日攻占宾阳，十二月五日逼近南宁，驻守南宁的国军第 31 军 131 师残部（桂林保卫战后收拢）坚守至十二月十日，终因寡不敌众撤退。
当日，日军第 22 师团与从越南北上的第 21 师团在南宁火车站会师，那条从东北延伸至河内的数千公里 “大陆交通线”，才彻底贯通。
而这还不是最黑暗的时刻。日军占领柳州后，马不停蹄向西推进，直扑贵州独山。一场更大的恐慌，正朝着这座本以为远离战火的省份，迅速蔓延。