Μετά την κατάληψη των Στενών Κλειδίου από τους Γερμανούς, οι Συμμαχικές δυνάμεις συμπτύχθηκαν σε διαγώνια γραμμή νότια του Αμυνταίου και του Σωτήρα. Στις 13 Απριλίου 1941, οι Γερμανοί επιτέθηκαν με ισχυρές δυνάμεις στις θέσεις αυτές, αναγκάζοντας τις Συμμαχικές δυνάμεις να υποχωρήσουν προς την Πτολεμαΐδα. Το μεσημέρι, οι Γερμανοί, αφού κατέλαβαν την Πτολεμαΐδα, εξαπέλυσαν ισχυρή επίθεση χρησιμοποιώντας άρματα, πυροβολικό, μηχανοκίνητα οχήματα, πεζικό και αεροπλάνα. Στην αρματομαχία που ακολούθησε, τη μοναδική που σημειώθηκε σε ελληνικό έδαφος, οι Σύμμαχοι κατάφεραν να αναχαιτίσουν προσωρινά την προέλαση των Γερμανών προς τη νότια Ελλάδα. Στη συνέχεια, οι Συμμαχικές δυνάμεις του Συγκροτήματος «W» υποχώρησαν προς την Κοζάνη και έπειτα προς τα Γρεβενά, με σκοπό να ενισχύσουν την άμυνα γύρω από το Άσκιο όρος. Με τον τρόπο αυτό ο έλεγχος του μεγαλύτερου μέρους των περιοχών της σημερινής Π.Ε. Κοζάνης παραδόθηκε στους κατακτητές.

Την επόμενη, 14 Απριλίου 1941, η 9η Τεθωρακισμένη Μεραρχία κατέλαβε την Κοζάνη χωρίς αντίσταση. Περίπου στις 13:30, η εμπροσθοφυλακή της μεραρχίας προωθήθηκε στα ανατολικά των Στενών της Σιάτιστας, στις περιοχές ανάμεσα στα Αλωνάκια και τη Σκήτη. Την άμυνα στην περιοχή των Στενών είχε αναλάβει από τις 12 Απριλίου, το 82 Σύνταγμα Πεζικού, το οποίο αποτελούνταν από ένα τάγμα με τη διοίκησή του, μία μοίρα πυροβολικού, μία πεδινή πυροβολαρχία και μία βρετανική αντιαρματική μοίρα.

Λίγο μετά την εμφάνιση των γερμανικών δυνάμεων, ξεκίνησαν οι εχθροπραξίες. Οι Γερμανοί επιτέθηκαν με ελαφρά όπλα και όλμους ενάντια στις θέσεις των Συμμάχων στην περιοχή Δερβένι, ενώ η άμυνα των Συμμάχων βασίστηκε κυρίως στο πυροβολικό. Παρά τη ρίψη περίπου 40 βλημάτων, το ελληνικό πυροβολικό απέτυχε να προκαλέσει σημαντική ζημιά λόγω αστοχίας υλικού, καθώς στην πλειονότητά τους τα βλήματα δεν εξερράγησαν.

Η μάχη εξελισσόταν σε χαμηλούς ρυθμούς μέχρι τις 19:00, όταν ενεπλάκησαν το γερμανικό βαρύ πυροβολικό και η αεροπορία. Κατά τη διάρκεια των επιχειρήσεων του γερμανικού πυροβολικού, κάποια βλήματα έπεσαν κοντά στις θέσεις της ελληνικής πεδινής πυροβολαρχίας, προκαλώντας πανικό και οδηγώντας σε προσωρινή διάλυσή της και στην ανασυγκρότησή της λίγο αργότερα. Από το μεσημέρι έως το απόγευμα, παράλληλα με τις επιχειρήσεις του γερμανικού πυροβολικού και της αεροπορίας, μηχανοκίνητες μονάδες των δυνάμεων του Άξονα κατέφτασαν και αναπτύχθηκαν στις περιοχές των χωριών Σκήτη, Ξερολίμνη και Μεταμόρφωση.

Η μάχη των Στενών Σιατίστης κορυφώθηκε, όταν τα γερμανικά άρματα επιχείρησαν να διαπεράσουν τις Συμμαχικές αμυντικές θέσεις στα ανατολικά των Στενών. Παρόλο που η βρετανική αντιαρματική μοίρα αντέδρασε επιτυχώς και αναχαίτισε την επίθεση, η συγκέντρωση ισχυρών δυνάμεων στην περιοχή και η ταυτόχρονη προσβολή των αμυντικών θέσεων με πυρά πυροβολικού, τεθωρακισμένων και αεροπλάνων, καταρράκωσε το ηθικό των ελληνικών δυνάμεων. Ως αποτέλεσμα, οι λόχοι πεζικού που αμύνονταν στο βόρειο και νότιο σκέλος των Στενών, διαλύθηκαν πριν από την έλευση της νύχτας.

Προκειμένου να αντιμετωπίσει το πρόβλημα της έλλειψης δυνάμεων πεζικού, η ελληνική XII Μεραρχία επιχείρησε την προώθηση του εφεδρικού λόχου σε πιο προχωρημένες θέσεις από εκείνες που κατείχε η βρετανική αντιαρματική μοίρα. Ωστόσο, παρά τις προσπάθειες αναδιοργάνωσης της άμυνας, η αυξημένη πίεση των γερμανικών δυνάμεων και η συγκέντρωση μεγάλου αριθμού μηχανοκίνητων μονάδων στα χωριά ανατολικά των Στενών, οδήγησε τη βρετανική αντιαρματική μοίρα σε υποχώρηση κατά τη διάρκεια της νύχτας. Αντιμετωπίζοντας την προοπτική μιας ισχυρής γερμανικής επίθεσης το επόμενο πρωί, οι ελληνικές δυνάμεις αποφάσισαν και αυτές να υποχωρήσουν προς τα ανατολικά και να αναδιοργανωθούν στη δεξιά όχθη του Αλιάκμονα, όπου οι αμυντικές συνθήκες ήταν καλύτερες. Μέχρι τα μεσάνυχτα, τα Στενά είχαν καταληφθεί από τους Γερμανούς. Τα ελληνικά τμήματα, εξαιτίας της αδυναμίας λήψης έγκαιρης διαταγής για υποχώρηση είτε διαλύθηκαν και υποχώρησαν άτακτα είτε αιχμαλωτίστηκαν από τους κατακτητές.

Σε γενικές γραμμές, παρά την υπεροχή των γερμανικών δυνάμεων σε αριθμό στρατιωτών, πολεμικό εξοπλισμό, μηχανοκίνητα οχήματα και αεροπλάνα, οι ελληνικές και βρετανικές δυνάμεις αμύνθηκαν με αποφασιστικότητα. Η ηρωική τους αντίσταση στα Στενά της Σιάτιστας, όπως επίσης και στα Στενά της Κλεισούρας την ίδια ημέρα, κατάφερε να καθυστερήσει την προέλαση των Γερμανών προς τον νότο για περίπου 24 ώρες. Ωστόσο, παρά την επιτυχία αυτή, η αίσθηση μέσα στις τάξεις του ελληνικού στρατού ήταν ότι η συνέχιση του αγώνα κατά των ισχυρών γερμανικών δυνάμεων ήταν άσκοπη. Για τον λόγο αυτό, οι επιχειρήσεις που ακολούθησαν κατά τη διάρκεια των επόμενων ημερών επικεντρώθηκαν στην ασφαλή υποχώρηση των ελληνικών στρατευμάτων προς τα νότια και στην αποφυγή της αιχμαλωσίας τους από τις γερμανικές δυνάμεις.