Barisan pertahanan British ditubuhkan di utara Johor antara Muar di barat sehingga Segamat, dan kemudiannya sehingga Mersing di sebelah timur. Briged Ke-45 ditempatkan di bahagian barat antara Muar dan Segamat. Pasukan Australia diletakkan pada kedudukan tengah dan bergerak maju ke utara dari Segamat ke Gemas di mana mereka bertembung dengan pasukan tentera Jepun yang sedang mara pada 14 Januari 1942.

Pada 15 Januari, Divisyen Ke-5 Jepun yang merupakan pasukan tentera utama Jepun, tiba dan bertempur buat pertama kali dengan pasukan Australia Division ke 8, di bawah pemerintahan Mejar Jeneral Gordon Bennett. Semasa pertempuran dengan tentera Australia, tentera Jepun mengalami kekalahan taktikal buat kali pertamanya, disebabkan tentangan sengit yang diberikan oleh Tentera Imperial Australia di Gemas. Pertempuran tersebut, berpusat sekitar Jambatan Gemencheh, memberikan kerugian besar kepada pihak Jepun, yang mengalami 600 korban tetapi jambatan itu sendiri, yang telah dimusnahkan semasa pertempuran, diperbaiki dalam tempoh enam jam.

Pihak Jepun kemudiannya cuba mengelilingi pertahanan pasukan Australia di barat Gemas, dengan itu memulakan pertempuran paling sengit dalam kempen penaklukan Tanah Melayu yang bermula 15 Januari di persisiran pantai barat Semenanjung Tanah Melayu berhampiran Sungai Muar. Bennett meletakkan Briged India Ke-45 yang tidak berpengalaman dan masih mentah bagi mempertahankan tebing Selatan sungai Muar tetapi unit tersebut dipintas oleh unit Jepun yang mendarat dari laut dan Briged tersebut hampir musnah sepenuhnya dan komandernya Brigadier Duncan terbunuh.

Pihak British mengarah Batalion 2/19 dan 2/29 (sebahagian Divisyen Ke-8 Australia) ke barat, dan batalion Ke-19 bertempur dengan pihak Jepun pada 17 Januari 1942 di selatan Muar. Diketuai oleh Leftenan Kolonel Anderson AIF, tentera India yang berundur disokong oleh tentera Australia membentuk pasukan Muar dan bertempur sengit selama empat hari bagi membenarkan sisa tentera Komanwel berundur dari utara Tanah Melayu, dengan itu mengelakkan daripada dipintas dan berundur melalui pasukan Jepun ke kawasan selamat. Apabila Pasukan Muar sampai ke jambatan di Parit Sulong dan mendapati ia berada di tangan musuh, Anderson, dengan jumlah anggotanya yang mati dan tercedera meningkat, mengarahkan setiap orang cuba 'menyelamatkan diri masing-masing'. Mereka yang mampu merentas hutan, paya, dan ladang getah bagi sampai ke markas batalion di Yong Peng. Mereka yang tercedera ditinggalkan kepada ihsan Jepun dan kesemua 140 anggota yang ditinggalkan, kecuali tiga atau empat orang, disiksa dan dibunuh dalam pembunuhan beramai-ramai di Parit Sulong. Lt Kol Anderson dianugerahkan Victoria Cross bagi perjuangannya semasa berundur.

Pertempuran berlanjutan sehingga 18 Januari, dan pada 20 Januari, pendaratan lanjut tentera Jepun dilakukan di Endau walaupun menerima tentangan hebat dari serangan udara pengebom torpedo Vickers Vildebeest yang lapuk. Pertahanan terakhir Komonwel di Johor yang tertumpu pada garis Batu Pahat-Kluang-Mersing kini diserang sepanjang garis pertahanannya. Malangnya bagi pihak bertahan, Jen Percival telah menentang pembinaan pertahanan kaku di Johor, di persisiran utara Singapura; Percival mengetepikan permintaan berulang Ketua Juruteranya, Brigadier Ivan Simson agar memulakan pembinaan benteng pertahanan dengan ulasan "Pertahanan buruk untuk semangat (morale)".

Di sebalik cubaan Batalion Ke-19 dan Ke-29, Garis Pertahanan Johor roboh. Jeneral Archibald Wavell memerintah pengunduran umum menyeberangi Selat Johor ke pulau Singapura. Menjelang 31 Januari 1942, keseluruhan Tanah Melayu jatuh ke dalam tangan Jepun.