并派副总参谋长白崇禧到桂林督战，蒋的嫡系部队则陈兵贵州“整训”，以保存实力。白崇禧、夏威窥破蒋介石的阴谋，于是阳奉阴违，先是抽调第三十一、四十六军的四个师防守桂林，随即以“攻势防御”为名，将实力较强的第一八八师（师长海竞强是白崇禧的外甥）和第一七五师（师长甘成城是夏威的外甥）调到外围搞所谓“机动作战”。这样，防守桂林城的部队仅有阚维雍率领的第一三一师和许高阳率领的后调新兵师第一七○师，及配属的一个炮兵团和一个高炮营，共一万七人千人。
1944年8月，阚维雍奉命率部从驻地钦州、防城徒步开赴桂林。途经柳州，他顺路回家看望，这时他的双脚已经红肿，并开始溃烂，亲属劝其休息一两日再走，但他求战心切，仅停留不到一小时便挥师继续北上。
1944年9月中旬，阚维雍率第一三一师抵达桂林，城防司令韦云淞下令第一三一师担负东、北两面，第一七○师担负西、南两面的防务。而据敌情判断，敌人正面兵力多达七个师团约10万人，且以桂林为主攻目标。以两个多师不到两万人的兵力，抗击装备精良的10万之敌，无异于以卵击石，而要完成“死守三个月”的任务，更是天方夜谭。当时，不少将领认为以如此微弱的兵力去抵抗装备精良的日寇重兵集团，根本不可能完成任务，有的已私下做好了逃跑的准备。
对于如此部署，阚维雍并非视而不见，他是清水煮豆腐心里一清二楚。然而，军人以服从命令为天职，国家兴亡，匹夫有责。他曾对一些好友说道：“作为一个军人，只有服从命令，与桂林共存亡。”既然如此，阚维雍当然不会被敌人的凶焰所吓倒，他日以继夜地督导部属疏散居民，抢修工事，并深入各部队，勉励士兵奋勇杀敌，誓死保卫桂林。10月4日，他在给五叔宗骅的信中说：“不独不怕敌人来攻，正恐其不来攻。”因为“桂林天险，加以工事完成，真所谓金城汤池……官兵战斗意志旺盛，此战确有把握”。同日，他在给其妻罗咏袋的信中说：“此次保卫桂林，大会战不日即可开幕，此战关系重大，我得率部参加，正感幸运！不成功便成仁（战死叫做成仁），总要与日寇大厮杀一场也。”他勉励妻子：“家无积余，用度极力节省，如何寒苦，亦当忍受，抗战胜利在望，生活总有解决办法也。”其忠诚报国之壮志和廉洁奉公之衷情，溢于言表。
10月下旬，日寇对桂林形成合围，在外围“机动作战”的第一七五师和第一八八师当即“机动”撤退，防守桂林城的部队成为孤军。日寇经一周准备，于10月31日上午开始发动进攻，攻击的重点是东、北两面，由阚维雍指挥的第一三一师防守的阵地自然遭到沉重打击。次日，日寇出动大批飞机、重炮和坦克与大量步兵，猛烈攻击北门至甲山及漓江东岸第一三一师三九一、三九二、三九三团之前沿阵地。阚维雍不畏枪林弹雨，亲临前线，指挥第三九二团顽强抗击，屡挫敌锋。但在敌优势兵力的猛攻下，部队伤亡惨重，团长吴展阵亡，阵地逐步被敌蚕食。东面之敌攻占屏风山后，即对普陀山、七星岩、月牙山阵地实施围攻。阚雄雍指挥第三九一团官兵节节抵抗，重创敌军。惨无人道的日寇竟向该团团部所在地七星岩内施放毒气并喷射火焰，第三九一团800多名官兵壮烈殉国，余部拼死突围。
1944年11月8日，日寇集中火力，摧毁了中正桥以北至伏波山的沿江阚师阵地，第三九三团伤亡巨大，余部被迫退入城内，继续与敌浴血奋战。当日下午，桂林与柳州、第四战区及第十六集团军司令部的联系中断。1944年漓江，向桂林城内发动全面进攻，阚维雍指挥退入城内的官兵顽强抵抗。下午，阚维雍获悉，北门守军全部牺牲，伏波山至中正桥头的数连守军亦几乎伤亡殆尽，但他仍然毫不畏惧，继续沉着指挥部队坚守。
9日下午四时，桂林城防司令韦云淞在铁佛寺召开紧急军事会议，决定当晚午夜奔城突围。阚维雍认为国人对桂林保卫战寄予厚望，部队虽然损失很大，但仍有一定实力，尤其是第一七○师，部队仍比较完整，因而慷慨陈词，主张调整部署，改变战法，继续抵抗，恪尽军人卫国保土之责。韦云淞急于逃命，顽固加以拒绝。阚维雍义愤填膺，愤然离开会场。
当晚七时许，阚维雍返回师部，心情极为沉重，自己不能违抗上司的命令和忘记军人守土抗战的职责，弃城逃跑何以对得起牺牲的将士和全国人民？他决心自用殉职，以践报国誓言。于是，他当即召集师直各处室主任、各直属连长和有关人员布置突围。他说：“目前战况危急，毋须再叙，现在你们马上准备率所部突围外战，不能再在此困守待毙了。我要执行军令，完成我的天职，不能和你们一起出去。我死后，请将遗体葬在我家宅园内。”卫士杨霖超听后急切地说：“师长请换便衣，我领你从小路突出去。”众人亦说：“师长不走，我们也不走。”阚维雍以命令的口吻说：“你们突围出去，我不能走。”说罢，写下绝笔诗一首：千万头颅共一心，岂肯苟全惜此身；人死留名豹留皮，断头不做降将军。
写毕，交与参谋主任钟其富，并将平