日军大本营在下达了在广西登陆作战的命令后，即抓紧将登陆作战的主力第5师团向广西集结。第5师团1938年10月在华南战场参加了攻占广东的作战。日军占领广州后，日军大本营下达了组建第12军的命令，原大本营直辖的第5师团被纳入华北方面军第12军战斗序列。1939年9月5日，第5师团又被编入关东军的序列，不到一个月，即9月29日又归大本营直辖。10月间，大本营向9月23日刚成立的在华最高军事指挥机构「中国派遣军」总司令部下达了以第5师团、台湾混成旅团与海军协同，攻占钦州湾、南宁、镇南关、龙州的命令后，第5师团即被编入华南方面的第21军序列。
此时任第5师团的师团长是第5师团的第21任师团长今村均中将。
1939年10月27日至11月3日，载运第5师团的运输船陆续从大连、旅顺港起航，船团并没有直接驶向广西沿海，而是首先驶向日本的濑户内海，到达广岛宇品港抛锚装载货物。第5师团原为广岛镇台改编，又称广岛师团，所以它的9个联队中有6个联队的官兵是广岛人。士兵们在中国战场经过连年征战，回到家乡上岸回家看望父母原本人之常情，官兵们也急切盼望能回家与父母妻儿团聚一下，但为保守秘密，在广岛装载货物期间，除船上操作人员外，官兵们不要说上岸回家，连登上甲板都被严格禁止。这些本地士兵，只能眼巴巴地从船舱的小圆窗眺望广岛市的霓虹灯。船团在这里装上货物和高射炮后继续南下，于11月7日集结在海南岛三亚港。
另一支进攻南宁的陆军部队是台湾混成旅团，旅团长盐田定七少将。台湾混成旅团是进攻海南岛的主力，1939年2月间攻占海南岛后，8月与马渊支队换防而驻防佛山。11月初接到进攻南宁的命令后，向新派遣的藤井洋治的第38师团交接了佛山地区防务。11月4日，台湾混成旅团从广州坐船，经5天的海上航行，9日即在三亚港集结完毕。
日军第21军总司令安藤利吉，根据中国派遣军10月19日的作战命令，也进行了进攻前的各项准备，与近藤新竹中将指挥的海军第5舰队、山县正乡少将指挥的海军第3联合航空队（辖第14、第15航空队）进行协同，规定进攻部队在11月10日前到达海南岛南部的三亚港。11月9日，第21军安藤利吉司令官以下的军司令部人员，从广州出发，10日夜到达三亚港。
就在第21军秘密准备进攻南宁之时，日在台湾的情报人员截获到美、英两国通报日军行动的电报，其中有「日本舰队目前正在北部湾集结，说明日军对南宁的作战已迫在眉睫」的内容，当即通报第21军。11月8日上午10时55分，日本海军飞机在北海以南约50公里的涠洲岛附近发现国籍不明的飞机，当即使其降落在该岛，后经调查是英国飞机。日军认为，英国飞机在涠洲岛出现绝不是偶然的，而是一次实地侦察行动。另外，驻广州的军司令部通过特种情报手段获悉，中国第4战区司令长官张发奎于11月9日已完全知道日军的企图和行动。
在行动已经暴露的情况下，日军抓紧了进攻南宁的行动。11月13日，南海海域阴云压顶，狂风吹起滔天大浪，但这并没有影响和阻挡日军对南宁的作战行动。日军70余艘运输船准时从海南岛三亚港起航，冒着15～27米／秒的强风，驶向钦州湾。
在日军进行进攻前准备时，国民党广西沿海守军一线部队也在进行抗登陆的战前准备。
1939年11月14日，这天看起来和平时并没有什么两样，国民党广西廉灵守备区司令第46军第175师524团团长巢威正陪同师部人员点验团驻北海第2营的人员和武器弹药。大约下午2时左右，2营营部的电话铃大作，设在北海市最西部冠头岭的监视哨紧急报告，在冠头岭东南方约10000米处，发现一个大型船队共约40余艘正向北海方向驶来。
由于部队正在准备抵抗日军在广西的登陆，抗登陆作战的这根弦蹦得很紧，因此，巢威接到报告后立即预感到这是日军的登陆部队。于是，巢威立即停止了手头的点验工作，同时在2营营部用电话直接命令所属各部队，加强防区观察准备作战。为核实监察哨报告的情况是否准确，下达完命令后，他又率2营李营长、王副营长等人亲自飞奔至冠头岭哨所观察，通过高倍望远镜果然发现前方万米开外海面有敌舰40余艘，分三路成疏散队形前进，不久，当船队航行至岸边约8000米处后即停止前进，进行登陆准备部署。根据当面情况，巢威判断，日军可能在下午5时左右完成登陆准备，开始在北海实施登陆作战。巢威立即重又回到第2营指挥所，向所属部队和防区下达如下的作战命令：
一、命令北海守备队，第2营及北海自卫大队，迅即进入现设阵地，作抗击敌登陆作战的准备。
二、下达北海市紧急疏散命令，限3小时内疏散完毕，由北海第五区公所负责督促。
三、以电话将北海当时的敌情及自己的处置告知廉州本部蔡副团长，迅速按照本团预定作战计划，在廉州第二线准备作战，并由他将上述情况处置报告师长冯璜，同时向驻钦县的友军新编第19师第55团通报了日军欲在北海登陆的情况。
四、将北海情况及自己处置，以电话通知合浦第八区专员邓世增，请他迅即下达各城市及交通线上之紧急疏散命令，并请饬各乡自卫大队，实行放哨守卡，维护交通、通讯网及保护人民疏散之安全。
巢威将上述命令发布完毕后，即召集524团各营营长、北海区各区长、镇长等指示作战注意事项。北海区刘区长和刘镇长问何时根据预案对北海实施破坏。对如此重大的事情，巢威也不敢贸然下决定，他回答说：先不要行动，等等再说。
约下午16时，日军作好登陆准备，其登陆部队第一梯队驶向岸边，开始登陆作战行动。当行驶至距海岸约4000米后，第一梯队停止了前进，放下汽艇20余只、橡皮艇约40～50只，准备登陆换乘。同时，日军在距北海正南约50公里的涠洲岛机场起飞飞机12架，对我沿海抗登陆阵地实施扫射和投弹轰炸，日本海军也开始向岸上炮击。在飞机轰炸和舰炮轰击半个小时后，约下午16时半，满载荷枪实弹日军登陆兵力的汽艇、橡皮艇，气势汹汹地向靠近北海市的海岸的老虎头、南迈、冠头岭、地角等地接近。
为防止日军登陆后机械化部队的长驱直入，中国守军已将公路、大道、桥梁全部破坏无遗，仅剩小道供交通之用。因此，守备区汽车运输已经断绝，内运物资则由人力、畜力驮载。这意味着，中国军队的沿海岸的守备战线拉得很长，而兵力相对薄弱，一旦遭到日军的侵袭攻击，只有或与阵地共存亡，或边打边撤，没有援军，没有纵深。
几艘日军登陆的汽艇、橡皮艇在炮火的掩护下，来到了岸边，岸上的守军立刻开火抵抗，2个小时的激战，日军没有讨到便宜。
到了18时，日军又派出一艘汽艇，2艘橡皮艇偷偷驶向岸边，就在他么即将登陆的时候，突然四下里炮声大作，炮弹像雨点般的打来。
原来在附近还有4座旧炮台，炮台守军看到日军强行登岸，立刻开炮还击。
密集的炮弹在海面上爆炸，海面被炮火炸的沸腾起来。日军两艘橡皮艇当即被击沉，船上日军惨叫着跌入海中。仅存的一艘汽艇见状不好，急忙返航。
遭到中国守军奇袭的日军恼羞成怒，立刻调集火力向中国阵地进行报复式的攻击。前后共发射了200余枚炮弹，将4座炮台尽数毁坏。
驻守炮台的8名守军全部壮烈牺牲。
就在敌舰炮火向我冠头岭、老虎头阵地进行压制性射击时，日军登陆舰船纷纷驶近海岸，情况万分危急。守军拼死抵抗，决不后退。此时我预备队也增援到第一线作战。就在守军奋力抵抗之时，第2营李营长、北海区刘区长、黄镇长和工兵排长请求按事先预案下达炸毁北海市的命令，以便完成破坏任务后及早撤退。175师秦副师长和合浦专员邓专员也打电话来询问战况，并指示要不失时机执行对北海市的破坏任务。524团巢威团长在是否炸毁北海市问题上反复思量，犹豫不决。
美丽的北海市是座古城，它坐落在南海北部湾的东北岸，三面环海，与合浦县相连。北海古代就已是对外贸易的港口。清光绪二年（1876年），根据中英【烟台条约】，北海被辟为通商口岸。因此，巢威认为，北海是座古城，已历数千百年，由自己下命令将其毁坏，将来自己承担不起这个责任，追究起来，很可能成为替罪羊。这样的事情已有先例，如1938年11月的长沙会战，蒋介石曾致电湖南省主席张治中：长沙如有失陷，务将全城焚毁。意在日军攻占前，破坏长沙城中的与军事相关的重要建筑物，不让占领的日军利用。这就是国民党政府提出的所谓「焦土政策」。
13日凌晨1时许，日军迫近长沙，担任焚城任务的长沙警备司令、湖南省警察局长和长沙警备2团团长亲自监督放火，大火连烧3天3夜，将一座古城长沙变为了一片焦土，几十万市民无家可归。长沙大火后，舆论哗然。蒋介石为了推卸责任，缓和民愤，不得不下令枪决了3人，并给张治中革职留任处分，这是前车之鉴。再者，抗战以来已沦陷的上海、南京、武汉、南昌等城市都没有实施破坏，所以以区区的北海这样的小城市，即使被敌占领也不会起到多大作用。因此，巢威果断决定不执行对北海市的破坏命令。北海市刘区长、黄镇长等虽表示同意，但担心违抗上级命令的后果，巢威回答，你们不要担心，一切责任由我承担。后来的事实证明，正是这位普通的一团之长，凭借他的审慎和责任感，挽救了北海这座美丽的城市，使其免遭焦土之灾。
黄昏后，不知是日军对北海沿岸久攻不下改变计划，还是对北海的登陆本来就是佯动之举，日军的攻势减弱，舰艇仅在远离北海市的海面不断来回游弋发炮向岸边射击，也不进入北海沿岸，双方处于对峙状态。守军也不敢有丝毫懈怠，利用间隙抓紧备战。晚上9时后，日军连炮击也停止了，而且在北海海面的舰艇也越来越少。巢威判断，日军在北海的登陆行动可能是佯动。因为日军登陆舰船总共有40余艘，在北海登陆仅动用了一个梯队12艘，而且集中在一个登陆点。如果日舰运用全部兵力在北海广阔海面寻找我海岸防守的薄弱之处，应该早已登陆成功。再者，从日舰炮火的密集程度分析，日军对北海和北海沿岸守备阵地的炮击也似有保留，似乎没有发挥其全部火力。
因此，日军登陆的主要方向应该不在北海，而是在钦州和防城方向。于是巢威将自己的判断用电话报告给远在武利的师部，请防守钦县的第19师55团黄团长、防守防城的第56团刘团长注意海上情况加强警戒。同时，巢威也将自己的判断告知了防守北海的第2营李营长以及北海区刘区长、黄镇长等人，并严令所属沿海守备部队彻夜严加戒备。
晚上11时，巢威接到武利师部秦副师长要求其回到团部的电话，遂快马加鞭，于11月15日上午3时即赶到自己位于廉州的团部。到团部不久，巢威便接到驻南宁何宣军长直接打来的电话，电话说：「奉桂林行营白崇禧主任电话谕，驻南京日军广播称，日军已于11月14日下午在北海登陆成功，黄昏前已占领全部北海市，现正向廉州推进。究竟北海是否被敌占领，仰迅即查报。」于是，巢威将524团在北海沿岸抗击日军登陆的情况及北海市仍在我军掌控中的情况向何宣作了报告，并将自己的判断同时一并报告给了何宣军长。何宣当即指示：「敌军广播混淆视听，命你将北海作战情况迅即由北海电话发出通电，并说明至发电时，北海仍在我手中，以粉碎敌人之造谣宣传。」遵照命令，巢威立即草拟电文向全国发出了通告。
11月15日凌晨时分，严阵以待的524团守军发现，原在北海正南面的日军登陆舰艇编队已经没了踪影，仅有3艘日舰在约6000米之遥静静地停泊。2营李营长立即将这一情况向团长巢威作了报告。接到前线李营长的报告后，巢威验证了自已事先判断的正确，指示2营长：「今天当面之敌情符合我昨天之判断，敌之企图必在钦防方面。但我北海及沿海守备，仍需要严加戒备，不得疏忽，应速将被敌摧毁之工事修补加强。受伤官兵速向后送；阵亡士兵妥为择地安葬。补充消耗弹药，准备尔后行动。协同刘区长调查北海之损失，安慰附近居民；并代表守备区向北海自卫大队致协助作战之谢意及慰问。」命令下达完毕后，巢威即把当面情况报告给武利的师部，并通知钦防方向友军及合浦专员公署。
一切就绪后，巢威冷静下来，不仅暗自为自己不执行对北海的破坏命令感到庆幸。如果盲目执行命令对北海实施破坏，北海市现在可能已成为一片瓦砾，自己可能成为毁坏历史名城的罪人。
不出巢威所料，日军登陆的主方向并不在北海，而是在钦州湾，在北海方向的行动只是佯动，目的是给中国抗登陆部队造成错觉。11月14日下午在北海实施佯攻的日军登陆编队，晚上利用夜暗的掩护悄悄驶离北海海面，向北海西偏北方向的钦州湾方向驶去。
15日凌晨，钦州湾海面雾气蒙蒙，波涛翻滚。约6时许，随着日军第21军司令官、桂南会战总指挥安藤利吉的一声令下，担任攻击掩护任务的日军海军航空母舰「加贺」号上的第一批攻击机起飞。1小时后，广西沿海的钦县、防城、合浦、小董、灵山等军事设施几乎同时遭到日军飞机的轰炸。随后日军的登陆编队出现于钦州湾防城东南角的企沙海面，担任掩护的舰艇也向我岸上守军阵地不断疯狂炮击。这次向岸上的攻击，无论是航空火力还是舰炮火力都要比昨天北海时猛烈得多。在航空火力和舰炮轰炸约两个小时后，日军登陆部队先头部队第5师团第9旅团在旅团长及川源七少将的指挥下，于15日8时10分开始从登陆舰船开始换乘，登上百余只登陆艇，向企沙海岸开始强行登陆。
企沙守军是国民党第46军新编第19师第56团第1营，他们顶住了日军飞机和舰炮的狂轰滥炸，在日军第9旅团强行登陆时，进行了顽强抵抗。企沙近岸是浅滩，日军登陆艇在离海岸约300米时，由于水深只有约1米，因此登陆步兵从艇上下海开始涉水登陆。由于守军在日军飞机舰炮轰击时已伤亡惨重，防御阵地也大部被敌炮火摧毁，再加上海岸抗登陆兵力仅为一个营数百人，所以在占绝对优势的登陆兵力和火力面前，虽然与敌激战约2小时，但日军仍在我防守薄弱处登陆成功。随后日军源源不断上岸，将我守军分割包围。第1营上下左右失去联系，各自为战。战至下午5时左右，日军全线登陆成功，守军被迫分散向后撤退。企沙陷于敌手。
是日下午4时，在企沙日军即将全面登陆之际，日舰队一部又驶进了钦州湾内西侧的龙门港。首先，担任掩护的舰炮火力对我军龙门港防守阵地进行了狂轰滥炸，此后，日军登陆部队开始登陆。防守龙门港的是国民党新编第19师第56团第2营4连百余人。4连官兵虽作顽强抵抗，但在日本绝对优势的火力兵力面前回天无力，激战1个多小时后日军便登陆成功，4连官兵被迫后撤，约下午5时40分，龙门失守。
在日军第9旅团企沙、龙门港登陆时，日军第5师团的另一支登陆部队第21旅团在旅团长中村正雄少将率领下继续驶向钦州湾内。16日晨，第21旅团在钦州湾内的朱屋、茅岭、黄屋屯一带登陆，而第三支登陆部队台湾混成旅团在盐田定七少将率领下在钦州湾东岸的榄尾登陆。
16日上午，日军第9旅团另一部从海上继续向西部的防城方向前进。担任防城方向防守的是国民党新编第19师第56团主力。在既设防御阵地内，第56团顽强阻击日军在防城方向的登陆，双方激战竟日。由于兵力悬殊，第56团一部分阵地被敌攻破，日军成功登陆。约下午3时，在龙门港登陆成功的日军一部向防城方向城援，与防城登陆的日军形成了海上和陆上对防城的两面夹击态势，守军第56团腹背受敌，被迫于黄昏后放弃防城，向贵台方向撤退，防城遂于16日19时左右失守。
在钦县方向，11月15日，驻守钦州湾内东侧犁头嘴的第46军新编第19师第55团第9连，听到了防城、企沙方向传来激烈的炮声，连长判断日军有可能在企沙方向登陆，遂打电话报告团部，请部队增援加强犁头嘴的守备。然而第55团团长黄廷材，在听到第9连连长的求援电话后，竟然毫无根据地答复说，这是日军对沿海地区的骚扰，并没有什么登陆的企图，要求该连长注意防范即可。有这样的团长，当然第55团在钦县也没有做好充分的迎战准备。是日下午4时左右，日军登陆部队在海军舰炮和飞机的掩护下，开始向犁头嘴、金鸡塘沿海方向登陆。
日军一支数十人的快速突击队斜插至犁头嘴阵地，以掩护海面上另一支日军登陆。防守犁头嘴的守军第55团第9连，由于未做好充分的准备，在抵抗了约1小时后不支，即向钦县方向溃退。下午5时20分，日军占领了犁头嘴，后继续向钦县方向进攻。金鸡塘沿岸原无守军，日军登陆部队未遇抵抗即予占领。此后日军从犁头嘴、金鸡塘分两路向钦县及黄屋屯方向前进。
驻守钦县的第55团团长黄廷材对日军在自己防区的登陆毫无准备，当听到犁头嘴方向传来枪炮声时，才用电话向9连询问，然而此时电话线已被炸断无法联络，因此，黄廷材对日军在犁头嘴方向登陆的情况一无所知。当日军在犁头嘴、金鸡塘登陆成功，并逼近钦县附近时，黄廷材才惊慌失措，直到这时才命令第55团主力进入防御阵地，然为时已晚。晚8时，日军向55团防御阵地发起攻击，1小时后，守军阵地被日军突破一部，55团退至县城街道进行巷战。此时的55团已乱成一锅粥不成建制，上下之间完全失去联系，部队各自为战，勇敢些的举枪抵抗，但大多跑的跑，散的散。此情此景下，大势已去的黄廷材最后无奈只率身边团部一小部分人从钦县东北方向撤退。当晚11时许，钦县陷于日军之手。
从15日清晨至16日晚，两天时间，日军先头部队即占领了广西西部沿海的钦县、黄屋屯、防城之线的重镇，其主力部队也在金鸡塘、企沙、龙门港成功登陆。17日，登陆后的第5师团重新组织部队，兵分四路北上向南宁方向前进。一路钦县向平艮渡、牛岗、久隆、平吉、青塘北进，并在各要点分兵驻守，掩护其侧翼，防备我军自合浦方向的侧击；一路由钦县、小董、长滩、南忠、长利北进；一路由黄屋屯经大寺、南晓、大塘、吴圩北进；一路由防城经贵台、苏圩北进。日军四路的目标都指向南宁
国民党新编第19师师部设在钦州市北约40公里处的小董，当师部接到日军在企沙登陆、防城沦陷的报告后，从防城退出的第56团即与师部失去联系被迫向上思方向撤退。防守钦县的第55团慌乱中撤出钦县后也未向师部报告而向武鸣方向溃退。因此，第19师师长黄固在日军登陆后对其部队及前方的情况不甚明了。18日，师长黄固下令第57团在小董附近占领阵地，准备抵抗钦县方向日军的来袭。下午，57团在其防守阵地的侧面及后方均发现日军，判断日军欲对小董实施包围攻击。此后双方发生交战。激战至黄昏，第57团无力抵抗，被迫放弃阵地，开始突围向东北方向撤退。至此，日军在钦防登陆，中国军队的抗登陆作战结束。
对钦防日军的抗登陆作战主要是新编第19师承担，由于师长黄固指挥无方，对日军动向不明，对部队掌控不力，对战场形势不甚了解，致使抗登陆作战失败，同时也使新编第19师蒙受巨大损失。因此，战后师长黄固被免职，第55团团长黄廷材也因指挥钦县方向的抗登陆作战不力，被撤职查办。
钦防方向的抗登陆作战，中国方面损失惨重，根据日军第21军司令部的战果统计，截至12月1日，中国军队参战兵力约30000名，战后遗尸6125具，被俘664人。日军缴获主要武器物资有：步枪2249支、轻机枪81挺、重机枪20挺、迫击炮8门、自动步枪7支、汽车42辆、5加仑装汽油6,804箱及50加仑装汽油980箱、铅块300吨、煤200吨、棉花500捆、棉线321吨、铁30吨、铁棍14根、锡60吨。而日方的损失却微乎其微，第5师团合计战死160名，其中军官8名；负伤250名，其中军官13名。台湾混成旅团合计战死24名，负伤57名，其中军官3名。登陆作业队战死5名，负伤8名。合计战死189名，其中军官8名，负伤315名，其中军官16名。中日双方战死比例超过32：1。
