Στις 8 Απριλίου, δυνάμεις του Συγκροτήματος «W» −του συνασπισμού ελληνικών, βρετανικών και αυστραλιανών στρατευμάτων− ανάπτυξαν άμυνα κατά των Γερμανών στη γραμμή Κέλλη – Στενά Κλειδίου – περιοχή του Νυμφαίου. Επικεφαλής του συγκροτήματος ήταν ο Διοικητής της 6^ης Αυστραλιανής Μεραρχίας, Υποστράτηγος Γκιφάρντ Μακέι. Στο δεξί άκρο της άμυνας, νότια της Κέλλης, παρατάχθηκε ελληνικό απόσπασμα αποτελούμενο από δυνάμεις της 20^ης Μεραρχίας, το Σύνταγμα Δωδεκανησίων και τον X Συνοριακό Τομέα. Επικεφαλής του αποσπάσματος ορίστηκε ο έφεδρος εκ μονίμων Συνταγματάρχης Πεζικού Αριστοτέλης Σέργιος. Στον κέντρο, στα Στενά Κλειδίου, την άμυνα της περιοχής ανέλαβαν αυστραλιανές και βρετανικές δυνάμεις. Στα αριστερά, η διατήρηση των ελληνικών εδαφών ανατέθηκε στην 21η ελληνική Ταξιαρχία.

Τη νύχτα της 9ης προς 10η Απριλίου η διαρκής χιονόπτωση και το ψύχος δημιούργησαν προκλήσεις στην επιχειρησιακή ικανότητα των συμμαχικών στρατευμάτων, ιδιαίτερα στους Αυστραλούς, οι οποίοι δεν ήταν ιδιαίτερα εξοικειωμένοι με τέτοιες καιρικές συνθήκες. Ταυτόχρονα, τα νέα από την Κεντρική Μακεδονία ήταν αποθαρρυντικά: παρά την ηρωική αντίσταση στα οχυρά της Γραμμής Μεταξά, οι Γερμανοί προέλασαν ως τη Θεσσαλονίκη, ενώ το Τμήμα Στρατιάς Ανατολικής Μακεδονίας συνθηκολόγησε. Στα βορειοδυτικά, η κατάσταση δεν ήταν καλύτερη. Στις 10 Απριλίου, οι Γερμανοί κατέλαβαν τη Φλώρινα και ξεκίνησαν τις προετοιμασίες για την προέλασή τους προς τα Στενά Κλειδίου. Τη νύχτα, εκμεταλλευόμενοι το σκοτάδι και τις καιρικές συνθήκες, πραγματοποίησαν περιορισμένες ανιχνευτικές επιχειρήσεις, αιχμαλωτίζοντας έντεκα Συμμάχους στρατιώτες.

Στις 11 Απριλίου, ισχυρές γερμανικές δυνάμεις προωθήθηκαν στα Στενά του Κλειδίου. Βρετανικές και αυστραλιανές μονάδες του Συγκροτήματος «W» επιχείρησαν να τις απωθήσουν, χρησιμοποιώντας πυρά πυροβολικού και αντιαρματικά, και διεξάγοντας συντονισμένες επιθέσεις με τη βοήθεια του Τάγματος Ανιχνευτών. Ταυτόχρονα, το δριμύ ψύχος, η χιονόπτωση και η τοποθέτηση ναρκών καθήλωσαν τα άρματα του γερμανικού XL Τεθωρακισμένου Σώματος Στρατού. Παρόλο που οι Συμμαχικές δυνάμεις δεν κατάφεραν να σταματήσουν τη γερμανική επέλαση, κατόρθωσαν να επιβραδύνουν την κίνησή τους προς τα νότια.

Στις 12 Απριλίου, αντιμέτωπες με την αδυναμία απώθησης των ισχυρότατων γερμανικών δυνάμεων, οι Συμμαχικές δυνάμεις του Συγκροτήματος «W» αναγκάστηκαν να οργανώσουν σχέδιο σταδιακής αποχώρησης από τον ελλαδικό χώρο. Ο Βρετανός Αντιστράτηγος Σερ Χένρι Μάιτλαντ Ουίλσον διέταξε τη σύμπτυξη των δυνάμεων προς τα Σέρβια, με στόχο την ασφαλή αποχώρηση. Το σχέδιο υποχώρησης, οργανώθηκε από τον Υποστράτηγο Γκιφάρντ Μακέι και προέβλεπε την επιβράδυνση της γερμανικής προέλασης με την ταυτόχρονη σταδιακή απομάκρυνση των συμμαχικών δυνάμεων προς τα Σέρβια. Ωστόσο, οι αντίξοες καιρικές συνθήκες, με το δριμύ ψύχος και την έντονη χιονόπτωση που συνεχίστηκε τη νύχτα μεταξύ 11ης και 12ης Απριλίου, δυσχέραιναν την κατάσταση και καθιστούσαν την αντίσταση κατά του πολυάριθμου και ισχυρά εξοπλισμένου γερμανικού στρατού ακόμα πιο δύσκολη.

Από τις πρώτες πρωινές ώρες της 12ης Απριλίου, τα γερμανικά τμήματα εξαπέλυσαν σφοδρή επίθεση στα Στενά Κλειδίου. Λόγω των δύσκολων εδαφικών και καιρικών συνθηκών, η κατά μέτωπο επίθεση πραγματοποιήθηκε από τάγματα των Ες Ες με την υποστήριξη όλων των διαθέσιμων δυνάμεων πυροβολικού, όλμων και πολυβόλων του γερμανικού XL Τεθωρακισμένου Σώματος Στρατού. Από την άλλη, την άμυνα απέναντι στα ισχυρότατα τμήματα του γερμανικού στρατού ανέλαβαν το βρετανικό Μηχανοκίνητο Τάγμα Ανιχνευτών στο δυτικό τμήμα των στενών και το 2ο/8ο αυστραλιανό Τάγμα Πεζικού στο ανατολικό.

Παρά τις σοβαρές απώλειες που προκαλούσαν τα πυρά του πυροβολικού του Συγκροτήματος «W» στους επιτιθέμενους, οι γερμανικές δυνάμεις συνέχισαν να προωθούνται με αργούς ρυθμούς. Γύρω στις 11:00, μια γερμανική φάλαγγα κατάφερε να διασπάσει το αριστερό άκρο των αυστραλιανών δυνάμεων στη βορειοδυτική πλευρά των Στενών Κλειδίου. Η αυξανόμενη πίεση και οι απώλειες ανάγκασαν το βρετανικό Τάγμα Ανιχνευτών να αρχίσει τμηματική αποχώρηση προς το Αμύνταιο γύρω στο μεσημέρι, αποφεύγοντας την πλήρη καταστροφή. Ταυτόχρονα, το 2/8ο αυστραλιανό Τάγμα, παρά τις απώλειες, διατήρησε τις θέσεις μάχης και εξακολούθησε να επιτίθεται πλευρικά στις γερμανικές δυνάμεις, καταφέρνοντας προσωρινά να ανακτήσει μέρος των απολεσθέντων εδαφών.

Τις απογευματινές ώρες, η διατήρηση της άμυνας των Συμμάχων απέναντι στην προέλαση των γερμανικών δυνάμεων στα Στενά Κλειδίου έφτανε προς το τέλος. Η απουσία του βρετανικού Μηχανοκίνητου Τάγματος Ανιχνευτών στα δυτικά και η υποχώρηση της 20ης Μεραρχίας στα ανατολικά, ανάγκασαν το αυστραλιανό τάγμα να υποχωρήσει άτακτα προς το χωριό Σωτήρας, προκειμένου να αποφευχθεί ο κίνδυνος περικύκλωσής του από τις γερμανικές δυνάμεις, οι οποίες είχαν αρχίσει να διαλύουν τους λόχους της αριστερής πλευράς του τάγματος. Οι Αυστραλοί διασωθέντες της μάχης των Στενών Κλειδίου, πολλοί από τους οποίους είχαν εγκαταλείψει τον εξοπλισμό τους, μεταφέρθηκαν με οχήματα προς τα Σέρβια.

Τελικά, παρά τη σθεναρή αντίσταση του Συγκροτήματος «W», οι γερμανικές δυνάμεις κατέλαβαν την περιοχή των Στενών Κλειδίου μετά από τρεις ημέρες συνεχούς πολεμικής δράσης. Η αντίσταση των Συμμαχικών δυνάμεων επέφερε σημαντικές απώλειες στις τάξεις των γερμανικών δυνάμεων, τόσο σε ανθρώπινες ζωές όσο και σε πολεμικό υλικό. Παρ’ όλα αυτά, η πτώση των Στενών άνοιξε τον δρόμο για την περαιτέρω προέλαση των γερμανικών στρατευμάτων στα εδάφη της Δυτικής Μακεδονίας και σε δεύτερο χρόνο προς την κεντρική και τη νότια Ελλάδα.