11月9日同一天，日寇发动第二次总攻。日军以3个师团又1个步兵联队，4个炮兵联队又4个炮兵大队，在陆军航空兵的配合下进攻桂林城。另以2个师团作进攻之掩护。
鬼子100多门火炮同时开火，桂军阵地浓烟四起。随后鬼子又趁着漓江涨水的机会，突破了我军的第二道铁丝网纺线。此时鬼子入城的部队已经达到了上万人。
桂林城内的巷战正式打响。日寇采取分区包围的战术，将城区分成若干个小区域逐一进攻。桂军则利用熟悉的地形优势，在街道设置路障，在房屋之间打通墙壁，形成四通八达的地下通道网络。城内的所有建筑物都打造成了碉堡，来自广西各地的民团士兵也组成了敢死队，他们将炸药包绑在自己的身体上，冲到敌军坦克前引爆自己...
中山路的巷战尤为惨烈。这条贯穿城区的主干道成为双方争夺的焦点。鬼子坦克无法在狭窄的街道中展开，被迫改用轻型装甲车。守军则在街道两侧的楼房中设置了大量射击点，利用居高临下的优势，给予敌人重创。
第93师一个连队在中山路与敌人展开了长达36小时的激战。他们在街道上设置了＂口袋阵＂，引诱鬼子深入后再实施合围。这种战术初见成效，一个鬼子小队在进入包围圈后被全歼。但鬼子很快改变战术，开始对建筑物实施系统性破坏。
东西巷的争夺战更为惨烈。桂军在这里设置了重要的弹药库，日寇投入了特种部队试图夺取。双方在不足百米的街道上反复争夺，楼房被炸得只剩框架。守军利用地下通道来回穿梭，打了一场典型的地道战。最终，守军在弹药即将耗尽时炸毁了弹药库，但也阻止了鬼子的进攻。
城北的解放路成为另一个激烈争夺点。这里地势较为开阔，日寇试图利用其优势兵力展开围攻。守军在制高点部署了狙击手，专门瞄准日军军官。一位狙击手击毙了8名日军军官，迫使敌人放缓了进攻节奏。
在城南的正阳街，桂军创造性地使用了＂活动堡垒＂战术。他们将装满沙袋的平板车推到街道上，随时变换射击位置。这种灵活的战术让日军投鼠忌器，不敢贸然推进。但鬼子随后使用了喷火器，迫使守军放弃了这种战术。
最惨烈的战斗发生在城中心的象山地区。这里地势险要，是守军的最后据点。日军调来了重炮，对象山实施了持续24小时的狂轰滥炸。守军躲在山洞中坚持抵抗，利用预先储存的弹药与敌人周旋。