1938年6月，日軍在進攻武漢的同時，又在華南發動了對廣州的進攻，其目的是截斷從國外經香港向中國內地輸入物資的運輸線，以削弱中國的抵抗力量。1938年10月，日軍占領廣州。隨後又占領海南島、廣西欽州，並沿欽邕路向南寧逼進。中國最高統帥部忽忙調兵迎敵，命令第5軍星夜趕往桂南前線迎敵。當部隊於11月25日趕至南寧以北時，日軍已占領了南寧。隨即，中日軍隊在城郊二塘附近展開激戰。在交戰中，日軍依仗其空中優勢，利用飛機對中國軍隊狂轟濫炸，造成很大傷亡。激戰中，戴安瀾乘坐的汽車也被炮彈擊中，所幸無人傷亡。第200師在八塘附近與日軍血戰一周，給日軍以重創，阻止了日軍北犯，後由於友軍陣地被突破，軍部命其向北開赴北泗圩休整，一周後推進至思隴附近。此時，日軍占領了昆侖關這個戰略要地。昆侖關距南寧東北約50公裏，位於南寧至賓陽的公路上，地勢險要，易守難攻，自古以來為兵家必爭之地。日軍深知昆侖關的重要，因此特派號稱“鋼軍”的中村所率第12旅團防守。為了奪回南┠——鎮南關陸路補給線，中國軍隊決定采用“關門打狗”的作戰計劃，奪回昆侖關。12月12日，戴安瀾率部到達攻擊地點，為了激勵部屬的鬥誌，他豪邁地說道：“中國古時有上元三鼓奪昆侖的佳話，吾擬元旦奪取昆侖。”12月18日，戰鬥打響。戴安瀾指揮官兵集中火力擊毀敵軍坦克、火炮，確保了本部堅守的陣地，而且攻占了日軍守衛的高地。戰鬥中，第200師勇猛善戰，其第599團沿公路長驅直入，一舉奪下昆侖關。敵軍不甘失敗，又派飛機掩護進行反撲，重新占領昆侖關。戴安瀾率部與友鄰部隊互相配合，同日軍殊死搏鬥，第二次收複昆侖關，並擊斃敵前線指揮官中村正雄少將。1月11日，為壓製中國軍隊的炮火，敵炮兵向我炮兵指揮所猛烈炮擊，雙方展開激烈炮戰。戴安瀾親臨炮兵指揮所，手握剪形望遠鏡標定敵炮位置，指揮炮兵還擊，不幸被敵炮彈片擊中，但他仍然手持望遠鏡繼續戰鬥。由於失血過多，杜聿明軍長令其住院治療，撤下戰場時，他還不忘對部屬作好交待，才到柳州野戰醫院急救。昆侖關一役，消滅了日軍中村旅團，擊斃敵旅團長中村正雄少將及大批日軍，極大地振奮了國人的愛國抗日鬥誌。為了獎勵戴安瀾指揮有方、英勇戰鬥的業績，國民政府授予他寶鼎勳章一枚，並讚揚他為“當代之標準青年將領”。昆侖關大戰後，戴安瀾率部進行緊張嚴格的軍事訓練。1942年夏，在中國軍隊進行的一次軍事演習中，該部炮兵團、戰車團、摩托兵團、戰防炮營、高射炮營等協同作戰，獲得訓練成績第一名，戰鬥力進一步增強。
1941年12月8日，太平洋戰爭爆發。12月31日，羅斯福總統致電蔣介石，提議成立中國戰區，並提議蔣介石擔任統帥。後經協商，美國派史迪威中將任美國駐華軍事代表和駐中國戰區及緬甸、印度美軍司令官，並兼任蔣介石的參謀長。在此之前，12月16日，蔣介石命令第5軍開赴緬甸，協同英軍抗擊日軍，揭開了中國遠征軍赴緬參戰的序幕。戴安瀾接到命令後，立即向部屬作遠征動員，勉勵官兵英勇殺敵，為國爭光。次日，他精神煥發，鬥誌昂揚，領兵西進。由於英方的遲疑不決，當行至保山時戴安瀾接到命令，“暫時勿庸入緬”，遂率部留駐板橋整訓待命。1942年3月1日夜，戴安瀾接到駐緬英國盟軍的電話通知，要他速赴緬甸臘戌，接受蔣介石召見。第二天黎明，他趕到目的地，蔣介石令他當天將一個團開到臘戌，其餘各團進駐平滿納、東瓜。於是，戴安瀾迅速令本部先頭部隊開進了緬甸境內，抵達臘戌、東瓜。這時後續部隊仍在國內，當蔣介石召見戴安瀾，詢問他孤軍深入是否可以堅守時，他堅定地回答：“此次遠征，係唐明以來揚威國外之盛舉，雖戰至一兵一卒，也必死守東瓜。”在行軍途中，戴安瀾遙想曆史上武侯南征的事跡，情不自禁賦詩兩首，以表殺敵決心：
萬裏旌旗耀眼開，
王師出境島夷摧，
揚鞭遙指花如許，
諸葛前身今又來。
策馬奔車走八荒，
遠征功業邁秦皇，
澄清宇宙安黎庶，
先挽長弓射夕陽。
3月6日，戴安瀾在東瓜會晤英軍第1師師長斯高特，共商防務交接事宜。8日，日軍占領仰光，繼續揮師北上，企圖在雨季之前會師曼德勒。為阻止日軍北進，戴安瀾派兵進入皮尤河一線擔任警戒任務，掩護英軍撤退。3月19日，日軍200多人向皮尤河一線搜索前進，埋伏在公路兩側的第200師官兵迅即引爆，炸壞大橋，以阻擊敵人的後續部隊，並猛烈向敵人射擊，日軍狼狽逃竄。
第二天，日軍卷土重來，向第200師陣地發起猛攻，同時派飛機狂轟東瓜城。戴安瀾親自帶領官兵修築工事，阻擊敵人，日軍兩次被阻後，非常惱火，於22日再次組織兩個聯隊，配置12門大炮，以坦克、裝甲車和20多架飛機作掩護，瘋狂向我軍陣地撲來。戴安瀾感到這是一場殊死拚搏的戰鬥，他拿起電話給各團長打電話，表明自己誓與陣地共存亡的決心，希望大家都要有戰死的準備。然後，他給妻子與至交留下兩份遺囑。他對妻子王荷馨寫道：“餘此時奉命固守同古，因上麵大計未定，其後方聯絡過遠，敵人行動又快，現在孤軍奮鬥，決心全部犧牲，以報國家養育!為國戰死，事極光榮。”經過幾天戰鬥，日軍見第200師在同古城南方防守堅固，遂組織步、騎、炮兵合一的縱隊1000多人，利用夜色掩護，由緬奸帶路從東瓜城西經小道向城北迂回，占領了容克機場，同時切斷了交通線。戴安瀾立即召集團長和直屬營長會議，宣布“如師長戰死，以副師長代之；副師長戰死，以參謀長代之……”並命令各團、營、連、排、班都預立遺囑，指定代理人。
隨後，他將師指揮部遷往城東，命令鄭庭笈團長指揮在城內的三個步兵團，繼續堅守陣地，誓死保衛東瓜。3月25日，日軍派重兵從南、西、北三個方向發動進攻，企圖消滅東瓜城內的中國軍隊。戴安瀾沉著指揮，利用有利地形抗擊日寇。晚10時，敵人派便衣從城西北潛入，戴安瀾速令預備隊出擊，雙方展開肉搏戰，在城內處於僵持狀態，形勢十分嚴峻。3月26日拂曉，日軍又發動進攻，我軍官兵英勇反擊，陣地巍然不動，一天一夜激戰，敵人死傷大半。在中國軍隊的頑強抵抗下，日軍采用卑鄙手段，將中國戰俘組成步兵組，而班長及輕機槍手都是日本兵，讓他們向中國軍隊發起進攻，並要他們高喊：槍向上，莫打自己人。戴安瀾得悉情況後，立即指示我守軍將計就計，也向敵人喊話：放下武器，就地臥倒，然後用輕重武器向後麵的日軍猛烈射擊，這樣，不少中國戰俘又回到自己人這邊來參加戰鬥了。
敵人一計不行，又生一計，將派往台灣經過訓練的原第200師的19名士兵派回東瓜城刺探軍情。碰巧，細心的戴安瀾在檢查陣地布防時認出了一名參敵作戰的士兵，立即將其逮捕，經過審問，他交待了日軍的陰謀和其他人員，及時粉碎了敵人的陰謀。奸狡的日軍不甘心失敗，又悍然施放糜爛性毒氣，我軍雖有少數官兵中毒，仍然英勇戰鬥。後來日軍又化裝成英緬軍人和緬甸土人，驅趕著藏有槍支彈藥的牛車，企圖混入東瓜城內，實行裏應外合，我軍及時識破了敵人的陰謀，全殲了這批敵人。3月28日，日軍為了切斷第200師惟一的聯絡線，從四個方麵包圍同古，欲將第200師全部殲滅。當夜，日軍攻擊師指揮所，戴安瀾手提衝鋒槍，組織師指揮所人員英勇抵抗。29日，在戰鬥最激烈的關頭，戴安瀾親自在第一線用機槍掃射進攻的日寇。戴安瀾不顧個人安危，命令各團堅守陣地，不要管師指揮所，他有能力消滅來犯之敵。在他的帶領下，全師官兵冒著敵人的猛烈炮火堅守陣地，穩如泰山。
3月29日夜，在援軍阻隔、補給中斷的情況下，戴安瀾接杜聿明轉蔣介石命令，撤離東瓜，向葉達西轉移。接到命令後，戴安瀾命令各團組織好撤退工作，要把傷兵都帶走，他親自到色當河邊指揮守城部隊撤退，雖然四麵槍聲不絕，但撤退秩序井然，順利突破了敵人的包圍圈。同古一役共消滅敵人5000多人，取得了輝煌勝利。戰鬥一結束，蔣介石遂馳電嘉許戴安瀾的顯赫戰功。4月6日，又在緬甸梅謀召見他，讚揚他用“中國軍隊的黃埔精神戰勝了日本軍隊的武士道精神”。並同他一起進餐，一同住宿，以示鍾愛和勉勵。