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蒋介石不仅未作任何加强广州的防御准备，反而向余汉谋要兵增援武汉。
10月10日，蒋介石电令余汉谋：“无论如何，须加抽一师兵力向武汉增援。如能增此一师，即可确保武汉。否则武汉将失，粤也不能幸保。只要武汉能守，则粤必无虑。切盼吾兄不顾一切，勉抽精兵一师，以保全大局。”
俞汉谋接到蒋介石电令，不禁愕然。
他拿着电报去找吴铁城，哭丧着脸说：“委座不把广州防御放在心上，反而要调我的部队增援武汉。将来日本人攻来抵抗不住，这责任还得由我来负！你说怎么办？”
吴铁城大惊：“这是真的吗？昨天我还向委座报告，说日寇即将进攻广州。难道他不相信我的报告吗？”
余汉谋苦笑道：“听说武汉形势已十分危急，他现在一心一意要保武汉，顾不上我们了。”
“顾不上也不能釜底抽薪啊!”吴铁城有点愤慨地说：“依我看，暂且按兵不动。”
余汉谋忧虑地说：“按兵不动，倘若委座怪罪下来如何是好？”
吴铁城说：“我得到情报，明天就会打起来。你先回去作应战准备，如果三天还没有战事，你再执行委座指令不迟。”
“好吧，我去准备应战。如有什么情况，请及时通知我。”
“你我同舟共济，有什么后果，自然也要共同承担。”
余汉谋匆匆回到司令部，下令各部队准备应战。
果然吴铁城的情报应验了。
10月11日傍晚，日军突入南海大亚湾。
12日下午，在海空配合下在下涌附近登陆，并继续北犯。
余汉谋令第151师以一部固守平山、淡水、龙岗，其余各部在驻地附近山地据险固守；令独立第20旅附独立第2团乘火车至樟木头；第157师将潮汕、海陆丰防务交保安第3旅附第157师补充团，该部赶赴横沥，策应意阳方面作战。
13日，日军占领淡水。日军航空母舰起飞一百余架飞机，对粤汉、广九铁路及惠阳、增城、东莞狂轰滥炸。日军乘势进攻惠阳，在城郊与第151师一部发生激战。
余汉谋闻报，宝安方面有敌舰活动，惟恐登陆，又急令第151师第453旅与第153师第456旅在樟木头、龙岗以东地区掩护广九铁路。
在武昌的蒋介石，正为万家岭大捷而欢欣鼓舞，突然接到广州战报，不禁十分惊愕。
他要通吴铁城的电话，劈头就问：“余幄奇（余汉谋字）在哪里？”
吴铁城说：“报告委座，他去前线指挥部队作战了。现在广州人心浮动，群情激愤，要求政府增兵驱逐倭寇！”
蒋介石说：“广州决不能放弃！你告诉余幄奇，必须死守广州！否则我要他负责任的！”
吴铁城说：“委座，巧妇难为无米之炊啊！幄奇手下兵微将寡，你叫他用什么去与强大的日寇寸土必争呀！”
蒋介石沉默片刻说：“一定要顶住！你告诉余幄奇，至少要坚持一周，我会派援军去的。”
15日晚，日军攻陷惠阳城。
16日，军委会指令第64军及第66军由南浔路回援广州，但为时已晚。
17日，广州市各界人士七万余人举行声势浩大游行，表示决心保卫广州。
18日，日军攻陷福田、樟木头。
19日，日军渡过增江，突破第156师阵地，攻陷增城。
余汉谋令154师及第157师、独立第20旅等部增援反击，但因第157师未及时赶到参战，独立第20旅在永汉方面被龙华方面之敌牵制，无法行动，而反击效果甚微。
20日，第154师溃退，日军向广州突进；樟木头之敌攻陷石龙。
余汉谋见局势已难挽回，便找吴铁城商议：“部队难以阻遏日寇攻势，看来广州保不住了，我想马上将总部移驻清远，请你也马上转移吧。”
吴铁城问：“你打算什么时候撤退？”
“今晚。”余汉谋惶惶不安地说：“其实，我原希望部署的反击能起到一定作用，……”
吴铁城无可奈何地说：“好吧，我随你转移。”
20日晚，余汉谋率部撤出广州，仅留税警团及少数宪兵在城里维持治安。
10月21日，日军兵不血刃而占领了广州。