1938年10月，200师扩编为新11军，1939年改称第5军，扩编后，部队移驻广西全州，杜聿明担任中将军长。
戴安澜出任师长之后的第200师，只是第5军的一个步兵师，第5军除军直属的战车团外，其他部队都不是机械化部队，徒有“快速部队”的虚名。
1939年9月，日军发动桂南战役，主力为第5师团，是日本陆军第一流精锐机械化部队，参加过南口、忻口、平型关、太原、上海、台儿庄、广州等战役，屡次担任主攻任务，号称日本的“钢军”。
昆仑关战役，是整个桂南会战的核心战役，国民党决定投入老本。
1939年11月16日，最精锐的第5军归白崇禧指挥，投入昆仑关战役。
11月25日凌晨，由戴安澜指挥的第200师第600团，在二塘独战日军第21、42两个联队。日军在飞机掩护下猛烈进攻，600团团长邵一之、团副吴其升阵亡。鉴于战况不利，戴安澜决定黄昏后撤退至高峰隘。此次虽然未能阻止日军前进，但这是日军自钦、防登陆后遇到的最激烈抵抗，战斗进行了两天两夜。12月1日中国军队失守高峰隘，4日日军占领昆仑关，双方以昆仑关一线山地为界，暂时对峙。
昆仑关，虎踞于曲折的柳州、宾阳至南宁的公路，居高临下，地势险要，山岭绵延，无论往北往南，均为平坦地势，是一夫当关，万夫莫开的历代兵家必争战略要地，早在宋朝，狄青征南时此处便成了著名战场。
12月7日，中国军队准备反攻，目标是“攻略昆仑关而后收复南宁”。15日，白崇禧以桂林行营名义发出第一号反攻令：以北路军第5军主攻昆仑关。
12月16日，第5军军长杜聿明召开团长以上军事会议，布置对昆仑关之攻坚战，制定了“关门打虎”的包围全歼战术，命令以戴安澜第200师、郑洞国荣誉第1师正面主攻昆仑关；邱清泉新编第22师为右翼迂回部队，由小路绕过昆仑关，打击南宁方面日本援兵；彭璧生率第200师两个补充团侧击昆仑关之外，堵住其退路并阻击援军。
18日凌晨，战斗打响，中日两军最精锐部队在昆仑关碰撞了！
防守昆仑关的日军第5师团主力第21旅团的松本总三郎大队，以炮火和飞机对中国军队进行了猛烈的轰炸，第5军的重炮兵团以及各师炮营同时开火。炮火延伸后，戴安澜指挥第200师与荣誉第一师开始攻坚，至夜晚，荣誉一师攻占了昆仑关附近的几个高地；第200师攻占了653、600两个高地，并一举攻占昆仑关主阵地。
19日中午，日军再次出动飞机狂轰滥炸，第21旅团的第21联队，由联队长三木吉之助大佐率领，夺回昆仑关。
21日，昆仑关战役进展缓慢。在主攻阵地上，调拨给第200师指挥的荣誉一师第三团团长郑庭笈，用望远镜发现九塘公路边大草地上有日军军官正集合开会，马上命令第一营以轻重机枪、迫击炮集中火力猛击。炮弹击中目标，敌军官死伤惨重，乃至后来不得不空投军官来补充作战。日军第21旅团长中村正雄少将即是被炮火击中于24日身亡的。
12月23日和24日，仅第5军正面进攻的两个师，伤亡就达2000余人，日军伤亡也在千人以上。昆仑关日军工事非常坚固，上两层下一层碉堡，构成交叉火力，中国军队攻击受阻。
战斗空前惨烈。戴安澜将军亲率两个团兵力，以大刀、铲刀和血肉之躯，一路斩草开路，割破日军设下满山遍野的铁丝网，向昆仑关最后一道大门——界首阵地发起猛攻。
界首高地位于昆仑关北，是日军最坚固的据点。戴安澜指挥郑庭笈团，于28日晚开始攻击界首高地，尽管敌机在头上扫射、轰炸，该团士气旺盛，不顾牺牲顽强进攻。中国士兵组成敢死队，以手榴弹塞进日军据点的枪眼，不怕牺牲，终于在29日上午攻克界首高地，郑庭笈团9个步兵连，其中7个连长伤亡，指挥官身边的司号长也中弹牺牲。
12月31日，中国反攻军队肃清了昆仑关全部残敌。打扫战场时，在中村正雄尸身上搜出了一个日记本，该旅团长在战死前写道：“帝国皇军第5师第21旅团之所以在日俄战争中有‘钢军’称号，那是因为我的顽强战胜了俄国人的顽强。但是，在昆仑关我应该承认，我遇到了一支比俄国军队更顽强的军队。”
日本战后公布，在昆仑关战役中，日军第5师团第21旅团，班以上的军官死亡达85%，包括中村正雄少将旅团长、第42联队长坂田原一大佐、第21联队队长三木大佐以及第1、2、3大队的长官，士兵死亡4000余人。日军统帅部收到的报告中也称：“在昆仑关地带，中国军队比任何方面都空前英勇，值得我军敬佩。”战后的日军战史也称，昆仑关战役是“中国事变以来，日本陆军最为暗淡的年代”。“中国军队攻势的规模很大，其战斗意志之旺盛，行动之积极顽强，在历来的攻势中少见。我军战果虽大，但损失亦为之不少”。
昆仑关战役使日军第21旅团已经名存实亡。中国军队虽然伤亡14000余人，但基本干部仍健全。中国军队全歼日军一个精锐旅团，基本消灭其各级指挥官，首次以攻坚战打败日本“钢军”的战例，在中国战争史上，涂上了一笔重彩。
戴安澜指挥的第200师因战功卓著，全师受国民政府集体嘉奖一次，参战人员提薪饷两级。师长戴安澜因指挥有方和重伤不下火线，荣获四级青天白日宝鼎勋章一枚，就连蒋介石也称赞他为“当代之标准青年将领”。
会战中，中国的战车部队在与步兵的协调配合上，发挥了很大的作用。会战后，戴安澜在上报的《陆军第200师攻略昆仑关战斗详报》中，总结了战车战法。
