第37师团：辖步兵第225，226，227联队，山炮兵第37联队；工兵第37联队，辎重兵第37联队。
第58师团：辖步兵第51，52旅团；工兵队；辎重兵队。步兵51旅团辖独立第92，93，94，95大队；步兵第52旅团辖独立步兵第96，106，107，108大队。
以上为11军原属部队。
临时配属了第40师团：辖步兵第234，235，236联队；工兵队；辎重队。
以上6个师团中，第58师团额定兵员为11982人，第34师团和40师团额定均为14000人，第3，13，37师团属于甲级师团，额定兵员为21000人。合计约103000人。
军直属部队：坦克第3联队；坦克第1师团防空队；坦克第2师团防空队；独立野炮兵第2联队；独立野炮兵第9，10，11大队。独立山炮兵第2，5联队；独立山炮兵第5联队；独立山炮兵第51，52大队；野战重炮兵第14联队;独立野战重炮兵第15联队。独立重炮兵第6大队；另外还有汽车兵辎重兵工兵以及电信部队若干。
在日军的桂柳作战计划里，第11军部队将作为日军的进攻主力。第11军共约十万余兵力沿湘桂铁路及以南地区集结；第23军之104、22师团加独立第22旅团共三万余兵力沿西江集结；另有独立第23旅团四千余兵力集结在雷州半岛。三面夹攻拟攻克桂柳地区。
6月下旬，当日军全力进攻衡阳时，中国军事委员会即判断日军将续攻桂、柳，因此开始拟制固守桂林、反击求歼进攻日军的作战计划。8月上旬，衡阳失守，日军第11军以广正面的攻势倾力西进，广西告急。军事委员会以黄沙河、大榕江地形险要，且全县筑有坚固的国防工事可阻止日军，遂急调第93军驰援全县，并令第四战区及第62军准备在该两地迅速建立防线。
自1940年冬日军退出桂南后，第四战区辖区内已无日军，近4年来与驻越南及雷州半岛的日军“和平”相持。战区所辖兵力有第16集团军的2个军（第46、第31军）及地方团队。衡阳失守之后，西南局势顿显紧张。第四战区以第31军（第131、第188、第135师及配属的第46军第170师）守备桂林，以由长、衡方面转回的第46军175师集结柳州整理，令31军的第135师以主力防守南宁，另派1个团担任丹竹机场警备，原配属第35集团军的第155师仍担任廉江方面的守备。由于兵力太少，根据日军第11军已迫近桂林外围的情况，不得不把主要兵力配置于湘桂路方面。至于广东北江及桂西、桂南方面，只能令地方团队及民众自卫，武力备战。同时急告军事委员会，请令在湘南的第27集团军（辖第20、第26、第37军，共5个师）速转移入桂。但该集团军在日军第3师团阻碍下行动迟缓，迄9月8日，其先头部队才进至零陵、新田之间。
国军的参战部队组织构成已经隐藏着失败的因素。第四战区司令长官张向华上将系广东粤军将领，与最高统帅、桂系都曾有过节。而第四战区下属部队以桂系第十六集团军为主，历来受制于白总长，张上将实际上是光杆司令一个，凡军务一律以最高统帅、白总长的训令为准，从不坚持己见，国军中早有“张公百忍”之笑谈。而最高统帅、白总长在军事指挥上各有一套，尤其是最高统帅历来有直接下令到师甚至团的恶习。
日军即将来袭，第四战区参谋部早在六月便开始设计防务：全州北三十公里处的黄沙河，地势险要，系最佳防守阵地，即由战区工兵营和三十一军工兵营前往施工，建立可供两个师防守的半永久性工事，两周后即可完成；在全州设战区情报收集所，与湘、粤两省建立联系，收集敌我军情；以全州专署为组织核心，设立整个专区动员机构，专事配合作战的各项民间准备工作。七月下旬，中央军第九十三军由四川抵达桂林，战区长官部命令陈军长率所部进驻黄沙河既设阵地，极力阻敌西进，而后视情况逐次向桂林方向转进，协同保卫桂林，并严令其9月10日前不得放弃全州；第三十一军集中守卫桂林，构筑永久性城防工事；第四十六军控制阳朔、永福一带，主战桂林－平乐之间；驻桂林的中央军校第六分校和西南干部训练团组成学生军、地方团，在中央军校第六分校甘主任率领下出龙虎关选择阵地执行对敌警戒。此计划经最高统帅批准执行，8月初，第九十三军部队奉命进驻全州。
八月中旬日军便以小股部队开始袭扰龙虎关、黄沙河地域，张向华长官率战区参谋部随即视察九十三军，发现军长陈牧农竟然置主力及大量作战物资于全州城内，而在黄沙河阵地上仅派一个团防守。长官大怒，陈军长即出示最高统帅之密令，原来最高统帅命令陈军长率领所部，严守全州三个月。仅为照顾战区命令的面子，陈才派一个团前出黄沙河阵地。但以陈牧农的军事常识，也明白战区命令更正确，遂要求战区补发命令，只要有战区的命令，他将立即执行。但是，张长官见到最高统帅的密令以后，竟然不敢做声，不顾参谋人员反对，仅仅作全州防务补救口令即返回桂林。战区参谋处长李汉冲认为全州无险可守，根本不适合作长期坚守的阵地，建议张下令陈前出黄沙河抵御。张认为最高统帅既有此密令给陈，看来只把全州之战用作延宕日军进攻时间，并不打算死守。于是叫参谋处补发一个坚守全州半个月的命令了事。
9月初，敌13师团攻击黄沙河阵地，当天黄沙河阵地就失守了。次日上午全州开始接敌，陈军长在电话中报告第四战区称战况并不紧张，敌我主力尚未接触。当晚十二点，全州即失陷，陈牧农军长匆忙率所部撤退并焚毁了大批原运来坚守全州的军火和物资，火光冲天，爆炸剧烈。张向华长官闻讯即派参谋处长驱车前往，拂晓时李与陈在兴安相遇，令陈立即收拾残部，在兴安筑工事固守。不过两天兴安亦告失守。张长官大怒，电话报告最高统帅，认为如不严惩，今后战场纪律及斗志均无法保证。最高统帅随即批准扣陈法办。
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