日軍大本營在下達了在廣西登陸作戰的命令後，即抓緊將登陸作戰的主力第5師團向廣西集結。第5師團1938年10月在華南戰場參加了攻占廣東的作戰。日軍占領廣州後，日軍大本營下達了組建第12軍的命令，原大本營直轄的第5師團被納入華北方面軍第12軍戰鬥序列。1939年9月5日，第5師團又被編入關東軍的序列，不到一個月，即9月29日又歸大本營直轄。10月間，大本營向9月23日剛成立的在華最高軍事指揮機構「中國派遣軍」總司令部下達了以第5師團、台灣混成旅團與海軍協同，攻占欽州灣、南寧、鎮南關、龍州的命令後，第5師團即被編入華南方面的第21軍序列。
此時任第5師團的師團長是第5師團的第21任師團長今村均中將。
1939年10月27日至11月3日，載運第5師團的運輸船陸續從大連、旅順港起航，船團並沒有直接駛向廣西沿海，而是首先駛向日本的瀨戶內海，到達廣島宇品港拋錨裝載貨物。第5師團原為廣島鎮台改編，又稱廣島師團，所以它的9個聯隊中有6個聯隊的官兵是廣島人。士兵們在中國戰場經過連年征戰，回到家鄉上岸回家看望父母原本人之常情，官兵們也急切盼望能回家與父母妻兒團聚一下，但為保守秘密，在廣島裝載貨物期間，除船上操作人員外，官兵們不要說上岸回家，連登上甲板都被嚴格禁止。這些本地士兵，只能眼巴巴地從船艙的小圓窗眺望廣島市的霓虹燈。船團在這裏裝上貨物和高射炮後繼續南下，於11月7日集結在海南島三亞港。
另一支進攻南寧的陸軍部隊是台灣混成旅團，旅團長鹽田定七少將。台灣混成旅團是進攻海南島的主力，1939年2月間攻占海南島後，8月與馬淵支隊換防而駐防佛山。11月初接到進攻南寧的命令後，向新派遣的藤井洋治的第38師團交接了佛山地區防務。11月4日，台灣混成旅團從廣州坐船，經5天的海上航行，9日即在三亞港集結完畢。
日軍第21軍總司令安藤利吉，根據中國派遣軍10月19日的作戰命令，也進行了進攻前的各項準備，與近藤新竹中將指揮的海軍第5艦隊、山縣正鄉少將指揮的海軍第3聯合航空隊（轄第14、第15航空隊）進行協同，規定進攻部隊在11月10日前到達海南島南部的三亞港。11月9日，第21軍安藤利吉司令官以下的軍司令部人員，從廣州出發，10日夜到達三亞港。
就在第21軍秘密準備進攻南寧之時，日在台灣的情報人員截獲到美、英兩國通報日軍行動的電報，其中有「日本艦隊目前正在北部灣集結，說明日軍對南寧的作戰已迫在眉睫」的內容，當即通報第21軍。11月8日上午10時55分，日本海軍飛機在北海以南約50公裏的潿洲島附近發現國籍不明的飛機，當即使其降落在該島，後經調查是英國飛機。日軍認為，英國飛機在潿洲島出現絕不是偶然的，而是一次實地偵察行動。另外，駐廣州的軍司令部透過特種情報手段獲悉，中國第4戰區司令長官張發奎於11月9日已完全知道日軍的企圖和行動。
在行動已經暴露的情況下，日軍抓緊了進攻南寧的行動。11月13日，南海海域陰雲壓頂，狂風吹起滔天大浪，但這並沒有影響和阻擋日軍對南寧的作戰行動。日軍70余艘運輸船準時從海南島三亞港起航，冒著15～27米／秒的強風，駛向欽州灣。
在日軍進行進攻前準備時，國民黨廣西沿海守軍一線部隊也在進行抗登陸的戰前準備。
1939年11月14日，這天看起來和平時並沒有什麽兩樣，國民黨廣西廉靈守備區司令第46軍第175師524團團長巢威正陪同師部人員點驗團駐北海第2營的人員和武器彈藥。大約下午2時左右，2營營部的電話鈴大作，設在北海市最西部冠頭嶺的監視哨緊急報告，在冠頭嶺東南方約10000米處，發現一個大型船隊共約40余艘正向北海方向駛來。
由於部隊正在準備抵抗日軍在廣西的登陸，抗登陸作戰的這根弦蹦得很緊，因此，巢威接到報告後立即預感到這是日軍的登陸部隊。於是，巢威立即停止了手頭的點驗工作，同時在2營營部用電話直接命令所屬各部隊，加強防區觀察準備作戰。為核實監察哨報告的情況是否準確，下達完命令後，他又率2營李營長、王副營長等人親自飛奔至冠頭嶺哨所觀察，透過高倍望遠鏡果然發現前方萬米開外海面有敵艦40余艘，分三路成疏散隊形前進，不久，當船隊航行至岸邊約8000米處後即停止前進，進行登陸準備部署。根據當面情況，巢威判斷，日軍可能在下午5時左右完成登陸準備，開始在北海實施登陸作戰。巢威立即重又回到第2營指揮所，向所屬部隊和防區下達如下的作戰命令：
一、命令北海守備隊，第2營及北海自衛大隊，迅即進入現設陣地，作抗擊敵登陸作戰的準備。
二、下達北海市緊急疏散命令，限3小時內疏散完畢，由北海第五區公所負責督促。
三、以電話將北海當時的敵情及自己的處置告知廉州本部蔡副團長，迅速按照本團預定作戰計劃，在廉州第二線準備作戰，並由他將上述情況處置報告師長馮璜，同時向駐欽縣的友軍新編第19師第55團通報了日軍欲在北海登陸的情況。
四、將北海情況及自己處置，以電話通知合浦第八區專員鄧世增，請他迅即下達各城市及交通線上之緊急疏散命令，並請飭各鄉自衛大隊，實行放哨守卡，維護交通、通訊網及保護人民疏散之安全。
巢威將上述命令釋出完畢後，即召集524團各營營長、北海區各區長、鎮長等指示作戰註意事項。北海區劉區長和劉鎮長問何時根據預案對北海實施破壞。對如此重大的事情，巢威也不敢貿然下決定，他回答說：先不要行動，等等再說。
約下午16時，日軍作好登陸準備，其登陸部隊第一梯隊駛向岸邊，開始登陸作戰行動。當行駛至距海岸約4000米後，第一梯隊停止了前進，放下汽艇20余只、橡皮艇約40～50只，準備登陸換乘。同時，日軍在距北海正南約50公裏的潿洲島機場起飛飛機12架，對我沿海抗登陸陣地實施掃射和投彈轟炸，日本海軍也開始向岸上炮擊。在飛機轟炸和艦炮轟擊半個小時後，約下午16時半，滿載荷槍實彈日軍登陸兵力的汽艇、橡皮艇，氣勢洶洶地向靠近北海市的海岸的老虎頭、南邁、冠頭嶺、地角等地接近。
為防止日軍登陸後機械化部隊的長驅直入，中國守軍已將公路、大道、橋梁全部破壞無遺，僅剩小道供交通之用。因此，守備區汽車運輸已經斷絕，內運物資則由人力、畜力馱載。這意味著，中國軍隊的沿海岸的守備戰線拉得很長，而兵力相對薄弱，一旦遭到日軍的侵襲攻擊，只有或與陣地共存亡，或邊打邊撤，沒有援軍，沒有縱深。
幾艘日軍登陸的汽艇、橡皮艇在炮火的掩護下，來到了岸邊，岸上的守軍立刻開火抵抗，2個小時的激戰，日軍沒有討到便宜。
到了18時，日軍又派出一艘汽艇，2艘橡皮艇偷偷駛向岸邊，就在他麽即將登陸的時候，突然四下裏炮聲大作，炮彈像雨點般的打來。
原來在附近還有4座舊炮台，炮台守軍看到日軍強行登岸，立刻開炮還擊。
密集的炮彈在海面上爆炸，海面被炮火炸的沸騰起來。日軍兩艘橡皮艇當即被擊沈，船上日軍慘叫著跌入海中。僅存的一艘汽艇見狀不好，急忙返航。
遭到中國守軍奇襲的日軍惱羞成怒，立刻調集火力向中國陣地進行報復式的攻擊。前後共發射了200余枚炮彈，將4座炮台盡數毀壞。
駐守炮台的8名守軍全部壯烈犧牲。
就在敵艦炮火向我冠頭嶺、老虎頭陣地進行壓制性射擊時，日軍登陸艦船紛紛駛近海岸，情況萬分危急。守軍拼死抵抗，決不後退。此時我預備隊也增援到第一線作戰。就在守軍奮力抵抗之時，第2營李營長、北海區劉區長、黃鎮長和工兵排長請求按事先預案下達炸毀北海市的命令，以便完成破壞任務後及早撤退。175師秦副師長和合浦專員鄧專員也打電話來詢問戰況，並指示要不失時機執行對北海市的破壞任務。524團巢威團長在是否炸毀北海市問題上反復思量，猶豫不決。
美麗的北海市是座古城，它坐落在南海北部灣的東北岸，三面環海，與合浦縣相連。北海古代就已是對外貿易的港口。清光緒二年（1876年），根據中英【煙台條約】，北海被辟為通商口岸。因此，巢威認為，北海是座古城，已歷數千百年，由自己下命令將其毀壞，將來自己承擔不起這個責任，追究起來，很可能成為替罪羊。這樣的事情已有先例，如1938年11月的長沙會戰，蔣介石曾致電湖南省主席張治中：長沙如有失陷，務將全城焚毀。意在日軍攻占前，破壞長沙城中的與軍事相關的重要建築物，不讓占領的日軍利用。這就是國民黨政府提出的所謂「焦土政策」。
13日淩晨1時許，日軍迫近長沙，擔任焚城任務的長沙警備司令、湖南省警察局長和長沙警備2團團長親自監督放火，大火連燒3天3夜，將一座古城長沙變為了一片焦土，幾十萬市民無家可歸。長沙大火後，輿論嘩然。蔣介石為了推卸責任，緩和民憤，不得不下令槍決了3人，並給張治中革職留任處分，這是前車之鑒。再者，抗戰以來已淪陷的上海、南京、武漢、南昌等城市都沒有實施破壞，所以以區區的北海這樣的小城市，即使被敵占領也不會起到多大作用。因此，巢威果斷決定不執行對北海市的破壞命令。北海市劉區長、黃鎮長等雖表示同意，但擔心違抗上級命令的後果，巢威回答，你們不要擔心，一切責任由我承擔。後來的事實證明，正是這位普通的一團之長，憑借他的審慎和責任感，挽救了北海這座美麗的城市，使其免遭焦土之災。
黃昏後，不知是日軍對北海沿岸久攻不下改變計劃，還是對北海的登陸本來就是佯動之舉，日軍的攻勢減弱，艦艇僅在遠離北海市的海面不斷來回遊弋發炮向岸邊射擊，也不進入北海沿岸，雙方處於對峙狀態。守軍也不敢有絲毫懈怠，利用間隙抓緊備戰。晚上9時後，日軍連炮擊也停止了，而且在北海海面的艦艇也越來越少。巢威判斷，日軍在北海的登陸行動可能是佯動。因為日軍登陸艦船總共有40余艘，在北海登陸僅動用了一個梯隊12艘，而且集中在一個登陸點。如果日艦運用全部兵力在北海廣闊海面尋找我海岸防守的薄弱之處，應該早已登陸成功。再者，從日艦炮火的密集程度分析，日軍對北海和北海沿岸守備陣地的炮擊也似有保留，似乎沒有發揮其全部火力。
因此，日軍登陸的主要方向應該不在北海，而是在欽州和防城方向。於是巢威將自己的判斷用電話報告給遠在武利的師部，請防守欽縣的第19師55團黃團長、防守防城的第56團劉團長註意海上情況加強警戒。同時，巢威也將自己的判斷告知了防守北海的第2營李營長以及北海區劉區長、黃鎮長等人，並嚴令所屬沿海守備部隊徹夜嚴加戒備。
晚上11時，巢威接到武利師部秦副師長要求其回到團部的電話，遂快馬加鞭，於11月15日上午3時即趕到自己位於廉州的團部。到團部不久，巢威便接到駐南寧何宣軍長直接打來的電話，電話說：「奉桂林行營白崇禧主任電話諭，駐南京日軍廣播稱，日軍已於11月14日下午在北海登陸成功，黃昏前已占領全部北海市，現正向廉州推進。究竟北海是否被敵占領，仰迅即查報。」於是，巢威將524團在北海沿岸抗擊日軍登陸的情況及北海市仍在我軍掌控中的情況向何宣作了報告，並將自己的判斷同時一並報告給了何宣軍長。何宣當即指示：「敵軍廣播混淆視聽，命你將北海作戰情況迅即由北海電話發出通電，並說明至發電時，北海仍在我手中，以粉碎敵人之造謠宣傳。」遵照命令，巢威立即草擬電文向全國發出了通告。
11月15日淩晨時分，嚴陣以待的524團守軍發現，原在北海正南面的日軍登陸艦艇編隊已經沒了蹤影，僅有3艘日艦在約6000米之遙靜靜地停泊。2營李營長立即將這一情況向團長巢威作了報告。接到前線李營長的報告後，巢威驗證了自已事先判斷的正確，指示2營長：「今天當面之敵情符合我昨天之判斷，敵之企圖必在欽防方面。但我北海及沿海守備，仍需要嚴加戒備，不得疏忽，應速將被敵摧毀之工事修補加強。受傷官兵速向後送；陣亡士兵妥為擇地安葬。補充消耗彈藥，準備爾後行動。協同劉區長調查北海之損失，安慰附近居民；並代表守備區向北海自衛大隊致協助作戰之謝意及慰問。」命令下達完畢後，巢威即把當面情況報告給武利的師部，並通知欽防方向友軍及合浦專員公署。
一切就緒後，巢威冷靜下來，不僅暗自為自己不執行對北海的破壞命令感到慶幸。如果盲目執行命令對北海實施破壞，北海市現在可能已成為一片瓦礫，自己可能成為毀壞歷史名城的罪人。
不出巢威所料，日軍登陸的主方向並不在北海，而是在欽州灣，在北海方向的行動只是佯動，目的是給中國抗登陸部隊造成錯覺。11月14日下午在北海實施佯攻的日軍登陸編隊，晚上利用夜暗的掩護悄悄駛離北海海面，向北海西北偏西方向的欽州灣方向駛去。
15日淩晨，欽州灣海面霧氣蒙蒙，波濤翻滾。約6時許，隨著日軍第21軍司令官、桂南會戰總指揮安藤利吉的一聲令下，擔任攻擊掩護任務的日軍海軍航空母艦「加賀」號上的第一批攻擊機起飛。1小時後，廣西沿海的欽縣、防城、合浦、小董、靈山等軍事設施幾乎同時遭到日軍飛機的轟炸。隨後日軍的登陸編隊出現於欽州灣防城東南角的企沙海面，擔任掩護的艦艇也向我岸上守軍陣地不斷瘋狂炮擊。這次向岸上的攻擊，無論是航空火力還是艦炮火力都要比昨天北海時猛烈得多。在航空火力和艦炮轟炸約兩個小時後，日軍登陸部隊先頭部隊第5師團第9旅團在旅團長及川源七少將的指揮下，於15日8時10分開始從登陸艦船開始換乘，登上百余只登陸艇，向企沙海岸開始強行登陸。
企沙守軍是國民黨第46軍新編第19師第56團第1營，他們頂住了日軍飛機和艦炮的狂轟濫炸，在日軍第9旅團強行登陸時，進行了頑強抵抗。企沙近岸是淺灘，日軍登陸艇在離海岸約300米時，由於水深只有約1米，因此登陸步兵從艇上下海開始涉水登陸。由於守軍在日軍飛機艦炮轟擊時已傷亡慘重，防禦陣地也大部被敵炮火摧毀，再加上海岸抗登陸兵力僅為一個營數百人，所以在占絕對優勢的登陸兵力和火力面前，雖然與敵激戰約2小時，但日軍仍在我防守薄弱處登陸成功。隨後日軍源源不斷上岸，將我守軍分割包圍。第1營上下左右失去聯系，各自為戰。戰至下午5時左右，日軍全線登陸成功，守軍被迫分散向後撤退。企沙陷於敵手。
是日下午4時，在企沙日軍即將全面登陸之際，日艦隊一部又駛進了欽州灣內西側的龍門港。首先，擔任掩護的艦炮火力對我軍龍門港防守陣地進行了狂轟濫炸，此後，日軍登陸部隊開始登陸。防守龍門港的是國民黨新編第19師第56團第2營4連百余人。4連官兵雖作頑強抵抗，但在日本絕對優勢的火力兵力面前回天無力，激戰1個多小時後日軍便登陸成功，4連官兵被迫後撤，約下午5時40分，龍門失守。
在日軍第9旅團企沙、龍門港登陸時，日軍第5師團的另一支登陸部隊第21旅團在旅團長中村正雄少將率領下繼續駛向欽州灣內。16日晨，第21旅團在欽州灣內的朱屋、茅嶺、黃屋屯一帶登陸，而第三支登陸部隊台灣混成旅團在鹽田定七少將率領下在欽州灣東岸的欖尾登陸。
16日上午，日軍第9旅團另一部從海上繼續向西部的防城方向前進。擔任防城方向防守的是國民黨新編第19師第56團主力。在既設防禦陣地內，第56團頑強阻擊日軍在防城方向的登陸，雙方激戰竟日。由於兵力懸殊，第56團一部份陣地被敵攻破，日軍成功登陸。約下午3時，在龍門港登陸成功的日軍一部向防城方向城援，與防城登陸的日軍形成了海上和陸上對防城的兩面夾擊態勢，守軍第56團腹背受敵，被迫於黃昏後放棄防城，向貴台方向撤退，防城遂於16日19時左右失守。
在欽縣方向，11月15日，駐守欽州灣內東側犁頭嘴的第46軍新編第19師第55團第9連，聽到了防城、企沙方向傳來激烈的炮聲，連長判斷日軍有可能在企沙方向登陸，遂打電話報告團部，請部隊增援加強犁頭嘴的守備。然而第55團團長黃廷材，在聽到第9連連長的求援電話後，竟然毫無根據地答復說，這是日軍對沿海地區的騷擾，並沒有什麽登陸的企圖，要求該連長註意防範即可。有這樣的團長，當然第55團在欽縣也沒有做好充分的迎戰準備。是日下午4時左右，日軍登陸部隊在海軍艦炮和飛機的掩護下，開始向犁頭嘴、金雞塘沿海方向登陸。
日軍一支數十人的快速突擊隊斜插至犁頭嘴陣地，以掩護海面上另一支日軍登陸。防守犁頭嘴的守軍第55團第9連，由於未做好充分的準備，在抵抗了約1小時後不支，即向欽縣方向潰退。下午5時20分，日軍占領了犁頭嘴，後繼續向欽縣方向進攻。金雞塘沿岸原無守軍，日軍登陸部隊未遇抵抗即予占領。此後日軍從犁頭嘴、金雞塘分兩路向欽縣及黃屋屯方向前進。
駐守欽縣的第55團團長黃廷材對日軍在自己防區的登陸毫無準備，當聽到犁頭嘴方向傳來槍炮聲時，才用電話向9連詢問，然而此時電話線已被炸斷無法聯絡，因此，黃廷材對日軍在犁頭嘴方向登陸的情況一無所知。當日軍在犁頭嘴、金雞塘登陸成功，並逼近欽縣附近時，黃廷材才驚慌失措，直到這時才命令第55團主力進入防禦陣地，然為時已晚。晚8時，日軍向55團防禦陣地發起攻擊，1小時後，守軍陣地被日軍突破一部，55團退至縣城街道進行巷戰。此時的55團已亂成一鍋粥不成建制，上下之間完全失去聯系，部隊各自為戰，勇敢些的舉槍抵抗，但大多跑的跑，散的散。此情此景下，大勢已去的黃廷材最後無奈只率身邊團部一小部份人從欽縣東北方向撤退。當晚11時許，欽縣陷於日軍之手。
從15日清晨至16日晚，兩天時間，日軍先頭部隊即占領了廣西西部沿海的欽縣、黃屋屯、防城之線的重鎮，其主力部隊也在金雞塘、企沙、龍門港成功登陸。17日，登陸後的第5師團重新組織部隊，兵分四路北上向南寧方向前進。一路欽縣向平艮渡、牛崗、久隆、平吉、青塘北進，並在各要點分兵駐守，掩護其側翼，防備我軍自合浦方向的側擊；一路由欽縣、小董、長灘、南忠、長利北進；一路由黃屋屯經大寺、南曉、大塘、吳圩北進；一路由防城經貴台、蘇圩北進。日軍四路的目標都指向南寧
國民黨新編第19師師部設在欽州市北約40公裏處的小董，當師部接到日軍在企沙登陸、防城淪陷的報告後，從防城結束的第56團即與師部失去聯系被迫向上思方向撤退。防守欽縣的第55團慌亂中撤出欽縣後也未向師部報告而向武鳴方向潰退。因此，第19師師長黃固在日軍登陸後對其部隊及前方的情況不甚明了。18日，師長黃固下令第57團在小董附近占領陣地，準備抵抗欽縣方向日軍的來襲。下午，57團在其防守陣地的側面及後方均發現日軍，判斷日軍欲對小董實施包圍攻擊。此後雙方發生交戰。激戰至黃昏，第57團無力抵抗，被迫放棄陣地，開始突圍向東北方向撤退。至此，日軍在欽防登陸，中國軍隊的抗登陸作戰結束。
對欽防日軍的抗登陸作戰主要是新編第19師承擔，由於師長黃固指揮無方，對日軍動向不明，對部隊掌控不力，對戰場形勢不甚了解，致使抗登陸作戰失敗，同時也使新編第19師蒙受巨大損失。因此，戰後師長黃固被免職，第55團團長黃廷材也因指揮欽縣方向的抗登陸作戰不力，被撤職查辦。
欽防方向的抗登陸作戰，中國方面損失慘重，根據日軍第21軍司令部的戰果統計，截至12月1日，中國軍隊參戰兵力約30000名，戰後遺屍6125具，被俘664人。日軍繳獲主要武器物資有：步槍2249支、輕機槍81挺、重機槍20挺、迫擊炮8門、自動步槍7支、汽車42輛、5加侖裝汽油6,804箱及50加侖裝汽油980箱、鉛塊300噸、煤200噸、棉花500捆、棉線321噸、鐵30噸、鐵棍14根、錫60噸。而日方的損失卻微乎其微，第5師團合計戰死160名，其中軍官8名；負傷250名，其中軍官13名。台灣混成旅團合計戰死24名，負傷57名，其中軍官3名。登陸作業隊戰死5名，負傷8名。合計戰死189名，其中軍官8名，負傷315名，其中軍官16名。中日雙方戰死比例超過32：1。
