桂林城三面环水，东面滨漓江，郊外视野开阔。加上喀斯特地貌，无山不洞，无洞不奇，地形相对适合防守。阚维雍的部队负责守卫城北和城东，因防守司令部预判这两个方向将是日军的主攻目标。阚维雍积极布防，桂林城东部以虞山为北端、南至中正桥的漓江西岸，由陈村团防守。漓江东岸从南至北有穿山、月牙山、普陀山、屏风山、猫儿山五座山峰，普陀山和月牙山的西部与漓江上唯一的桥梁中正桥的距离不超过五百米。它们是桂林东岸的屏障和制高点，一旦失去，日军就可以在这些制高点上俯瞰桂林全城，并建立炮兵阵地，对市区直瞄射击。
阚维雍将覃泽文团部署于此。
11月1日下午，日军大部队抵达桂林北站，桂林城大部已处于日军的包围圈中。第二天，日军冒着大雨对桂林展开正式攻势，一直打到深夜，日军使用火焰喷射器等武器攻击山上的中国守军。4日，覃团防区的五座山只剩下了核心阵地的普陀山和月牙山。日军持续猛攻。7日，位于七星岩外的覃团团部指挥所遭到日军袭击，覃泽文只得命令剩余的大约一千兵力全部撤入七星岩内。因七星岩内部蜿蜒曲折，国军官兵们紧扼洞口，日军无法攻入，丧心病狂的日寇便朝七星岩内投掷毒气弹。除少数人从别的洞口突围成功，八百二十三名官兵中毒牺牲。
烈士无名，历史有声。
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也就是在这一天晚上，防守司令部下令炸毁中正桥。8日夜，东岸月牙山失陷，漓江以东的枪声彻底停息。这一夜难得的平静中，孕育着更大的动荡和变故。9日凌晨，在重炮和飞机的火力支援下，日军第四十师团乘坐橡皮艇偷渡漓江，拉开总攻桂林的序幕。
桂北的11月，天气渐凉，南北温差带来的强降雨也随之而至，这个月的前八天，连续下雨，漓江河水陡涨五尺，致使地雷失效，守军修筑的完整江防工事也被淹没。“小诸葛”白崇禧的守城攻略大部分失效。连日阴雨，盟军飞机又无法前来。当时，日军还有一个意想不到的空中优势。西江反击战后，柳州受到威胁，日军南北齐头并进，柳州机场面临疏散，中美混合空军此刻能用的机场，最近的只有距离桂林二百三十公里的湘西芷江机场。相反，日军夺得多个机场，日机从最近的零陵机场起飞到桂林，直线距离只有一百六十七公里。加上桂林保卫战期间天气不佳，汽油又极度短缺。日军飞机却敢于冒险起飞。战斗期间，日军每天有最少五架次、最多二十架次的飞机前来袭击，中美混合空军的飞机却难得一见。
日军长于夜袭，而西岸陈村团缺乏照明设备。特别致命的是中正桥爆破得不彻底，月黑风高的午夜，日军顺着桥墩悄悄摸过来。偷渡漓江成功，城东的第四十师团源源不断渡过漓江，向城市中心发动攻击。
日军炮火已打到眼前，中国守军长官们终于动摇了。参谋长覃戈鸣向城防司令韦云淞提出了突围建议。根据他的判断，如不在10日黄昏前突围，夜间和次日拂晓，桂林必将全城沦陷。韦云淞慌了。10日下午4时，桂林防守司令部召开了一次高层指挥人员会议，决定突围。会上，韦云淞先是因漓江西岸防守阵地被突破而严厉批评了阚维雍，接着说：“守是守不了，不如放弃桂林突围而出，而免被敌全歼。”与会人员都附言赞同，唯独阚维雍一言不发。会后，防守司令部拿出了两瓶好酒来招待各位指挥官。吃饭的时候，阚维雍显得有些激动，满饮了一大杯后高声说：“来生再见！”众人不禁愕然，但此时逃命更要紧！
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回到师部后，阚维雍进电话机房休息了一下，然后召集副师长、参谋长以及留守军官和师部剩余人员，开始交代突围工作：“万一不幸……师长职务由郭少文副师长代理……桂林虽然战败了，相信中国是不会亡的……此防空洞为本人经手做成，今不愿离去。”说毕再度进入电话机房，拿出平时所背图囊交给卫士杨霖超。图囊内有任职令、履历表、面巾、牙刷、香皂、象牙筷一双，以及用钢笔写着“大忠大孝，成功成仁”的手帕一条。他叮嘱杨霖超说：“如我发生不幸，你将这些物件带到融县交给我妻子，叫她不要过分悲伤。儿女的教育费用国家必有照顾，要他们勤奋自修，切勿疏懒。”之后，他又把一封信交给卫队营长，让其突围后交给第四战区司令长官张发奎，并报告官兵奋战的经过。从容安排好后事后，阚维雍将领章挂好，符号徽章扶正，走进师指挥所休息室内，将灯熄灭，掏出李宗仁送给他的小手枪，顶在太阳穴上开了一枪，当场殉国，时年四十四岁，践行了自己与桂林城共存亡的誓言。听到枪声后，众官兵冲入房内，但已经抢救不及。顿时，大家痛哭失声。阚维雍自戕之后，人们发现了他的绝命诗：“千万头颅共一心，岂肯苟全惜此身。人死留名豹留皮，断头不做降将军！”
突围期间，桂林防守司令部参谋长陈济桓随韦云淞率部队向城西突围，在猴山坳遭日军阻击，受伤倒地。为了不增加部队行动的负担和免于被俘受辱，他掏出名片，摸黑写上“战受重伤，不能脱离险地，决定自杀成仁，以免受辱”等语，并郑重地蘸着伤口的鲜血按上指印，将名片和怀表一并交给卫士，然后举枪殉国。
阚维雍给妻子的遗书
11月10日中午12时，日军宣布占领桂林。早两个小时前，柳州也陷入敌手。数十万军民夺路向桂西北逃难，被日军追入贵州境内，遂发生了抗战史上最惨烈的湘桂黔大撤退。《桂林史话》一书这样记述：“数十万难民，像决堤的水，四处奔流。人山人海的难民，在一片哭声之中，怀着惶恐的心情，拖儿带女，东逃西走……难民流离满途，到处都是饿死、病死的人的尸体。”
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