全州防线彻底崩溃之后，日军残部抛弃大量重装备与阵亡尸骸，昼夜不休向南仓皇溃逃。桂北大地山峦叠嶂、水系纵横，漓江干流自北向南贯穿桂林全境，搭配城区周边星罗棋布的喀斯特峰林、孤峰、溶洞与峡谷，构成了天然的立体防御屏障。
深谙山地水网作战的日军高层深知桂林的战略价值——此地是连接湘桂、贯通黔粤、扼守柳州门户的核心枢纽，一旦桂林失守，整个桂南防线将全盘崩塌，日军盘踞华南的战略根基也将彻底动摇。
为此，日军火速启动应急布防部署。从全州战场突围收拢的残兵两万余人，虽士气低迷、装备残缺，但皆是历经中南会战老兵，具备极强的残局作战能力。日军大本营为死守桂北屏障，紧急从华南沿海抽调两个独立混成旅团跨海登陆驰援，辅以内河舰队、岸防炮兵、工兵联队及通信辎重部队，总兵力整合逾八万余人，依托漓江天然天险与桂林城郊特殊岩溶地貌，构筑起层层嵌套、水陆联动、山地纵深的立体死守防线。
日军的布防体系精密且刁钻，完全贴合桂林的地形特质。主力四万余精锐固守桂林老城城区与漓江东岸核心制高点，将七星山、猫儿山两座全城最高山地改造为核心堡垒阵地。
工兵部队依托坚硬的喀斯特岩石，开凿山体坑道、浇筑钢筋混凝土永久碉堡，明暗火力点交错排布，山间坑道纵横连通各阵地，可实现兵力、弹药快速转运，同时规避炮火覆盖。
漓江干流江面宽阔、水深湍急，成为天然的正面阻隔屏障，日军沿漓江两岸修筑数道纵深岸防壕沟、铁丝网与雷区，部署75mm山野炮、九二式步兵炮构筑江岸火力网。
十余艘内河装甲炮艇昼夜巡航江面，分段封锁通航江面，随时以舰炮压制北岸国军突进路线，彻底封死正面渡江强攻的可能。
与此同时，日军抽调两万余偏师精锐，尽数部署于桂林西侧的连绵喀斯特石林山谷与隘口地带。这片区域峰林林立、洞穴密布、道路崎岖，大兵团难以展开，却是山地迂回穿插的必经之路。
日军利用天然溶洞改造隐蔽暗堡、狙击阵地，在所有山间垭口、密林通道布设地雷、陷阱与伏兵，专门防备国军惯用的山地迂回、侧翼包抄战术，死死守住西撤云贵、连接桂西的逃生与增援通道。
剩余兵力驻守城南城郊，构建预备防线，随时支援各战场，同时维系通往柳州的最后陆路命脉，妄图以山水为墙、碉堡为盾，死守桂林孤城，为华南日军重整防线争取时间。
五十一集团军全线收复全州后，并未急于冒进追击，而是就地开展三日紧急休整与战力整编。连续的桂北追击作战，各部官兵疲惫不堪、弹药损耗严重、战斗兵员缺编明显。
集团军指挥部就地征用湘桂沿线民间骡马、板车、民船运力，搭建临时转运通道，将后方囤积的炮弹、步枪弹药、粮食、急救物资源源不断前送。
同时，战场沿途收容了在全州溃败的桂军残部一万两千余人，这些士兵熟悉桂北地形、深谙本土作战环境，王元奎下令将其全部拆分，按缺编比例补充至各主力师、团，既快速填补了部队兵员缺口，又借助桂军本土作战经验，弥补了外省部队对喀斯特地形不熟的短板，全军综合战力快速恢复。
休整期间，王元奎将集团军前沿指挥部前移至桂林以北三十里的灵川重镇。灵川地处桂北平原与桂林山地的过渡地带，视野开阔、交通便利，可全方位俯瞰桂林全域山川地形，是统筹合围作战的绝佳指挥点位。
指挥部内，巨幅桂北山川军事地图铺满墙面，参谋团队日夜标注日军布防点位、火力分布、山地隘口、江防弱点。
结合日军依托山水死守的布防特点，王元奎敲定了稳扎稳打的合围战略：“漓江天险拦阻正面，峰林山地阻隔侧翼，日军占尽地形优势，正面强渡、强攻必然付出毁灭性伤亡。依旧沿用我军成熟战法，分割锁围、断其补给、肃清外围、孤立主城，步步蚕食拔除所有外围支点，彻底困死城内守军，最后再集中重火力收复桂林主城。”
敲定总方略后，五十一集团军四路主力同步开拔，各司其职、协同合围，对桂林形成全方位锁死态势。
谢晋元指挥新9军承担西线正面牵制任务，全军沿漓江西岸快速南下，直面桂林老城沿江核心守军。部队抵达江岸后，立刻分段抢占沿江高地，梯次构建炮兵阵地，将山野炮、迫击炮、重机枪阵地隐蔽部署在林木与丘陵之后，精准压制日军江岸碉堡、岸防壕沟与江面巡逻炮艇。
为彻底牵制日军主力，使其无法分兵驰援侧翼，新9军每日组织多批次小股部队，搭乘冲锋舟、民船多点佯渡，时而江面突进、时而岸边回撤，虚实结合、昼夜袭扰。日军防备压力拉满，被迫将沿江主力全数钉在江岸防线，日夜戒备、疲于奔命，根本无力抽调兵力支援东西两侧外围战场，始终被牢牢牵制在正面主战场。
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