眼看限期就只剩下最后一天了。12月29日,杜聿明根据几天的战斗情况判断,昆仑关外围据点,基本已被第5军占领,敌人已成强弩之末,于是调整部署,以新编第22师为中央队,接替荣誉第1师担任主攻;将伤亡较重的荣誉第1师改为右翼队,将担任预备队的第200师调为左翼队。军直属的第1、2、3补充团改为预备队,位置于新编第22师后跟进,随时支援新编第22师的战斗。并令配属军作战的第159师以一个团从第200师南侧迂回敌后,攻占日军重要制高点653高地。
12月30日拂晓,各部队又开始了进攻。两个15公分口径榴弹营逐次集中射击,猛向昆仑关及各制高点发射。这种炮过去很少用过,炮弹轰击的地方炮声隆隆,硝烟冲天,威力十分巨大。炮弹落处,日军的阵地、工事、通讯设备尽皆摧毁,简直有“挖地三尺”的神效。激战至11时左右,新编第22师攻占了昆仑关邻近的同兴、石寨和罗圩及其东南各个高地;荣誉第1师夺取了昆仑关西南重要据点441高地;第200师攻占了昆仑关南侧的枯桃岭、同平两据点,逼近八塘、九塘;第159师也乘势攻占了653高地。至此,昆仑关外围据点,均被第5军各部占领。
但是,日军仍喝着酒精冲兑起来的劣质酒作困兽之斗,垂死挣扎,多次举行反扑,均被击退,盈尸遍野。各部乘胜直追,新编第22师第65团首先冲入昆仑关,与日军展开白刃战,勇猛地将残敌肃清。第200师也占领了八塘。残敌向南宁和邕江沿岸狼狈逃窜。至此,第5军完全收复了昆仑关。
这次昆仑关之战堪称血战,共歼日军四五千人,第5军伤亡一万四五千人。昆仑关克复后,昆仑关高地日军盈尸遍野,无一生存,山上遍地皆是千人缝、佛像、护身符、太阳旗和武运长久的白布条。日军在好几处地方焚烧战死官兵的尸体,有的还正在焚烧中。战斗结束后,精疲力竭的第5军将阵地交由第99军和第26军接守,全军奉命转移至思陇、宾阳地区进行整补待命。