1937年8月13日，淞沪抗战打响。杜聿明率年轻的装甲兵团战车第一营的两个连投入战斗。在上海汇山码头协同步兵阻击企图登岸的日军，在激战中，有辆战车抛锚。淞沪前线司令官张治中误以为士兵畏葸不前，以军法相威胁。于是，战车连连长指挥战车继续冲锋，后被日军击毁。张治中在望远镜中目睹战车连的覆没，不禁热泪盈眶。
     三个月后，国民党军队从上海撤退，杜聿明所属的战车部队留守南京，参加了南京保卫战，损失惨重。
     1938年1月，杜聿明的装甲兵团撤至湖南湘潭休整。这时，国民政府向欧美各国购进一批新式装备，有苏联九吨半战车80辆，德国朋斯柴油卡车百余辆，美国福特卡车400余辆，美造哈雷二轮、三轮摩托车40余辆，陆续到达国内。
     军事委员会命令装甲兵团扩编为国民党军第一个机械化步兵师—第二百师。杜聿明为师长、邱清泉为副师长，廖耀湘为参谋长。第二百师编制比一般陆军师庞大，师司令部设有参谋、副官、军需等八大处，所属部队有两个战车团、两个摩托化步兵团、一个战车防御炮团，另有特务营、通讯营、搜索营、工兵营等及修理厂、医院等，全师兵力约两万人。
     1938年12月，第二百师扩编为新编第十一军，杜聿明为副军长，该军是第一支机械化部队，下辖第七十七、第二百、新编第二十二师。1939年2月，新编第十一军番号改为第五军，杜聿明任军长。

     昆仑关激战获胜
     1939年，日本侵略军为企图截断我西南国际交通线，正集结兵力，准备开辟华南战场。同年11月15日清晨，华南沿海的钦县、防城、合浦、小董、灵山等地的军事设施，突然遭到日本航空母舰上起飞的轰炸机的猛烈轰炸;8时10分，在舰艇炮火的掩护下，日军第五师团、第八师团、盐田兵团、中村支队强行登陆，突破中国的防线，兵分三路，向北突进，17日，广西要地南宁告急。
     军情似火，蒋介石命令杜聿明第五军从南岳衡山调赴桂南战场。杜聿明不敢怠慢，以二百师师长戴安澜为全军先遣部队，限三日内赶到南宁，占领阵地后，掩护全师逐次转进。
     11月23日，第二百师六百团经过上千公里的长途跋涉，与日军二十一旅团几乎同时到达南宁以北二、三塘。殊死的战斗竟达两天半，六百团的战士顾不上体力疲劳和给养不足，英勇顽强，终使日军攻势顿挫，但该团损失很大，团长邵一之血洒沙场。
     六百团转移到高峰隘一带阵地，修筑工事，防止敌人北进。五九八团乘汽车刚赶到八塘，就与日军步兵二十一联队第三大队大队长森本宅二中佐率领的第三大队和日军骑兵第五联队展开激战。
     军长杜聿明与新二十二师师长邱清泉，荣誉第一师师长郑洞国，先后到达迁江附近。
     12月16日晚，军长杜聿明在召集团以上军官会议，指示作战机宜。杜聿明指着地图说;“我军以收复南宁为目的，决定于18日拂晓开始攻击;先以一部迂回八塘敌阵地之右侧翼，攻略八塘、昆仑关后，以一部向二塘追击，主力于五塘、横岭、谭蓬村一线，整理态势，再继续向南宁攻击前进。”
     凌晨2时整，两颗红色信号弹腾空而起，荣一师开始了对昆仑关的局部夜袭，成排的曳光弹交织在一起，伴随着爆炸声，山川和大地都在猛烈地颤抖。三团和二团的士兵们，在二团长汪波和三团长郑庭笈的指挥下，以轻重机枪和手榴弹开道，迅速地冲向高地。日军在突然打击之下乱了阵脚。第二团首先攻占了441高地和老毛岭，接着第三团也攻占了600高地，速度之快令守日军防不胜防。
     日军今村均师团长急派二十一联队长三木吉之助大佐率领联队火速赶往昆仑关。日军分乘31辆汽车从南宁出发，车队腾起的尘埃像一条滚滚向前的巨蟒，沿邕宾公路向北急进，不到两小时就到达九塘。坚守昆仑关的日军得到援军的支援，在山炮、迫击炮、重机枪的掩护下开始反扑。
     荣一师第三团组织了密集的火力网，拦住了日田村中队的反扑。激战到拂晓4时，第五军的一线部队在战车和炮兵的协助下，对昆仑关正面之敌猛烈攻击。10时40分，荣一师右翼二团攻占罗塘南端高地，并向昆仑关方向逼进;另以一部攻击界首附近残敌。11时许，大部分日军抵挡不住了，纷纷向九塘退却，但是公路东侧、界首西北及600高地南侧等高地的残敌，仍坚守顽抗，下午2时，荣一师左翼队进展至枯桃岭、同平一线。此时，日机10余架临空，协助其日军步炮兵向罗塘南侧高地、60东方高地、600高地猛烈袭击;荣一师攻势受挫。
     与此同时，邱清泉的新二十二师分两个纵队，于17日晚利用天黑由黄盛岭、茅岭之线向南推进。军长杜聿明复令该师向五塘、六塘以北地区前进，切断敌之退路，以协助荣一师歼灭昆仑关、九塘、八塘之敌。该师左翼队在六十六团团长刘俊生带领下占领韦村，与敌人警戒部队交火，激战到20时40分将敌击退，并继续追击。六十六团占领六塘，刘团长立即命令构筑工事，同时派人将公路、桥梁及通讯联络彻底破坏。