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白崇禧胸有成竹说：“日军仅出动一个联队实施包抄，足以说明日军的兵力有限。我们原以为日军来了援兵，其实不然。老街对面的日军师团不是传统的日军师团，我估计该师团兵力超过3万人，否则他不可能实施包抄作战。显然日军没有把我们放在眼里，那我们就给他来一个反包围，我要吃掉日军这支联队。”
“好！我赞成不能墨守成规，现在战场形势随着援军到达，很快就会发生逆转，”李宗仁表示同意。白崇禧接说：“命令38军，其先头部队迅速向两侧迂回，不要在日军后部展开进攻。要求5时整在侧面发动攻击，同时切断日军的联系，围歼老街北部的日军。”
作战命令下达后，38军军长立即命令先锋部队向两侧迂回包抄，随即前锋部队一分为二，后续部队也陆续分兵，一场支援作战迅速演变成包围作战。军部命令一律轻装，本来士兵们一路而来求战的欲望高涨，听说要围歼一支日军联队，自然情绪更加高涨。
下午4·30分左右，老街北路日军，突破了前沿阵地，即将接近城区。日军联队长从新组织新一轮进攻，要求天黑前攻入城内，聚歼城内守军。大约5点日军进攻开始，日军投入了两个大队发起冲锋，顿时枪炮雷鸣、攻势如潮。
就在日军进攻之时，两翼突然爆发枪声，接着出现了大批中国军队。日军面对突然变故正面进攻顿时瓦解，日军部队开始分别向两侧抵抗，战场形势瞬间发生逆转。日军联队长感觉大事不好，一面向师团长汇报，一面向右侧突围，试图迂回撤回去。
发动攻击的我增援部队，就地展开阻击。大约1个小时后，日军本部人马也开始派兵从两翼实施救援，战况顿时变得十分混乱。随着激战的深入，随着时间推移，我军援兵越打越多，日军这个联队被成功阻截，同时日军救援部队也被阻截。
援兵上来守军士气大振，黄德轩抓住时机在城内发动了反击作战，日军顿时措手不及。夜幕来临，日军师团长电令北路日军突围，意思是告诉他本部救援已经受阻不可能。由于北部始终没有进攻迹象，因此这位联队长只好率部向北部突围，然后迂回逃回越南境内。
可是这位联队长哪里想到，北部早已经部下天罗地网。本来这个连联队在进攻作战时就损失了几百名士兵，方才一番乱战又损失了几百人。因此联队主力向北部撤退兵力只剩下2000多人，日军已经插翅难逃。
大约22点左右，日军被包围在老街北部大约10公里的一座小村庄，38军动用一个师的部队把日军联队团团包围在村子里。当天晚上没有发动进攻，另外两个师加入全线反攻，开始向日军压迫，午夜时分日军退出老街城区，接着被我军接防。
天亮后，我军向包围的日军联队发动总攻击，虽然38军没有更换武器装备，但是他们在来广西的路上，接收了大量迫击炮。他们利用迫击炮猛烈轰击日军，造成日军士兵死伤无数，战至黄昏，我军攻入村庄，日军联队全军覆没。
老街、镇南关随着我援兵到达，日军被迫停止攻势。恼羞成怒的日军又在钦州登陆一支日军师团，准备向南宁直接发动进攻。可是随着39军、40军陆续进入广西布防，战线进一步稳固，日军试图占领广西的作战计划已经无法达成。
8月25日，日军停止了全线进攻，可是日军没有撤兵。这天几架美军大大型运输机首次出现在南宁机场，大约一个旅的美式装备运到。为了表章军长黄德轩的战功，李宗仁决定36军率先换装。其次是损失过半的35军。
8月底，南京机场进驻了一支航空部队，第二方面军第5航空师128架战斗机参与南宁防空，日军对南宁的空袭宣告结束，同时宣告日军占领广西的计划流产，接着日军开始从广西境内撤退。
就在广西形势一片大好之时，缅甸方面又出现巨大变故，我远征军又陷入被动之中，激烈的战斗又在缅甸骤响。
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