9.18事變爆發時，在長春南部的南嶺兵營駐紮的是東北軍張作舟的獨立步兵第25旅下轄的第671團和獨立炮兵第19團。
其中獨立炮兵第19團，擁有當時世界上較為先進的火炮，可以說是東北軍的寶貝疙瘩，直屬張學良東北保安司令部指揮。該炮兵團配備有36門野戰炮加上其他的小口徑山炮，火炮總數達到了40多門。
9月19日淩晨，駐長春日軍第2師團第3旅團第4聯隊在得知日軍開始進攻沈陽北大營後，迅速指令旗下第2大隊突襲東北軍南嶺兵營。
日軍首先攻擊的是獨立炮兵第19團，他們利用士兵正好牽馬外出之際突入炮兵營1營營地。
面對突入起來的日軍，炮兵團1營倉促應戰。但因為炮兵團配備的槍支武器較少，面對日軍進攻，隻能邊戰邊向步兵團撤退。
日軍因擔心遭到東北軍步兵團的合圍，将放在營地操場上的16門火炮悉數破壞後，在19日上午8時撤出炮兵營地。
在炮兵團遭到襲擊和破壞後，步兵671團的官兵迅速進入戰鬥狀态，占領有利地形。這也使得随後日軍第四聯隊第2大隊在與鐵道守備隊第1大隊會合後的聯合進攻多次遭到失敗。
中日雙方圍繞南嶺兵營的争奪戰一直僵持到中午12時，當另一路日軍占領了北部寬城子兵營後，抽身趕往南嶺兵營進行增援，戰場情況開始向不利于東北軍的方向轉變。
日軍不但兵力獲得了補充，也讓原本就在武器彈藥上處于劣勢的東北軍更加的難以堅持，于是隻能從東邊打開缺口突圍。
在東北軍撤退後，日軍占領了南嶺兵營。在南嶺兵營争奪戰中，東北軍有250多名官兵犧牲。
日軍則有鐵道守備第一大隊少佐倉本茂及以下43人被擊斃，而倉本茂也是九一八事變爆發以後第一位被東北軍擊斃的日軍将校。
長春南嶺軍營的東北軍在沒有支援，沒有指令的情況下堅持抵抗12小時，也在中國的抗戰曆史上留下了厚重的一筆。