日军第二十一军主力的舰船全部驶入大亚湾，进至计划登陆的海域，既未遭到中国岸防部队的炮击，亦未发现屏障。天亮之前，日军在三十余架飞机掩护下开始强行登陆。
而守军仅有的一个营一触即溃，日军在站稳脚跟并击退淡水附近的守军后，于当日夜占领淡水及东西一带。
日本首相兼外相近卫文麿于日军登陆当天，照会各国驻日大使，宣布日本在华南战事正式开始，要求各国避免一切援华行动。
英法美等列强无可奈何只能采取默认的态度，蒋介石一厢情愿认为日本人不愿意得罪英法而不会在华南开辟新战场的企图再次破产。
其后，日军从淡水继续向北推进，于十四日晚进至惠阳附近。
第四战区付司令长官兼第十二集团军司令余汉谋急令麾下第一五一师在平山一带坚强抵抗，同时命令第六十三军军长张瑞贵指挥第一五三师主力及独立第二十旅占领横岗、双美髻一带阵地，阻止日军，掩护广九铁路，同时令第一五三师一个旅固守宝安至虎门的海岸。
十四日夜，日军第十八师团二十三旅团冒雨攻击惠阳城，守军第一五一师依托城防工事顽强抵抗，激战一夜，日军依赖火力优势，于次日佛晓时分突入城内，守军撤至柏塘附近继续抵抗。
日军又于十五日七时，攻占惠州，并随之渡过东江。
得知惠阳、惠州失守后，余汉谋决心以已集中的兵力，利用广州、增城既设阵地于日军展开决战，但由于蒋介石抽调了两个师驰援武汉，粤军面对日军第二十一军三个师团和一个飞行团，兵力上并不占优势。
十月十六日傍晚，日军第十八师团第二十三旅团攻占博罗，并继续前进，广州形势变得严峻起来。
军事委员会得自广州地区情况危急后，蒋介石如丧考妣，悔不听从吴铭的的建议，只好抽调九江以南的第六十四军和第六十六军，从南浔路运回支援广州。
十月十八日下午，日军第十八师团的快速先遣队进至增城东南的福田，十九日上午击退守军第一五六师一部，渡过增江占领增城，余汉谋调派部队前往增援并实施反击，但所调部队均以各种理由推脱，未能及时到达。
随后，第一五六师主阵地被日军第十八师团主力突破。
十月二十日，第十八师团在增城以西击退第一五四师后，沿着增广公路两侧向广州急近，第一〇四师团在第十八师团之后亦攻占了广九铁路上的石龙。余汉谋率其司令部于当夜后撤至清远，仅留税警团及少数宪兵、警察守备广州，日军第十八师团于二十一日下午不战而占领广州。
日军后续部队第五师团主力在二十日到达大亚湾，因为第一阶段作战出人意料的顺利，日军原本定于二十七日在珠江口登陆的第五师团提前于二十二日登陆。
二十二日下午，日军登上珠江口西岸大角岛，大角岛随之失守。
当日下午，日军又横渡珠江，与日本海军第二联合特别陆战队协同，向东岸虎门炮台进攻，守军因连续两天被日军飞机、舰炮轰击，于当晚撤走，虎门要塞遂完全为日军占领。
此时，日军第九旅团及第一〇四师团已先后占领平陵、从化等地。
至二十九日，第五师团又占领广州以南各地，日军已完全控制广州及附近地区，珠江三角洲全部沦陷。
达到作战目的后，日军转为守势，余汉谋的第十二集团军退至北江西岸与日军对峙，而此时蒋介石派来增援的第六十四军和第六十六军尚未到达，广东局势迅速糜烂。
对第十二集团军轻弃广州，中外各界人士反应强烈，国民政府驻美大使胡适于二十三日致电蒋介石说：“广州不战而陷，国外感想甚恶。”
再看武汉战场，沿江西进犯的日军，于十月中旬进