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 του 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 πυρά, 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, στο μέτωπο που διεξάγονταν στα Στενά Κλειδίου, οι γερμανικές δυνάμεις, παρά τις σημαντικές απώλειες που υπέστησαν από το συμμαχικό πυροβολικό, συνέχισαν την επέλασή τους στα νότια με αργούς ρυθμούς. Η αυξανόμενη πίεση προς τα συμμαχικά τάγματα οδήγησε στην υποχώρηση των Βρετανών προς το Αμύνταιο και των Αυστραλών προς τον Σωτήρα.

Ταυτόχρονα με τις εξελίξεις στα Στενά Κλειδίου, ο Υποστράτηγος Γκιφάρντ Μακέι διέταξε την αποχώρηση του ελληνικού αποσπάσματος από τις θέσεις που είχε καταλάβει νότια της Κέλλης και τη συγκέντρωσή τους στο Αμύνταιο. Από εκεί, ένα μέρος τους θα μετακινούνταν με βρετανικά οχήματα προς την Πτολεμαΐδα και στη συνέχεια στη Βλάστη, ενώ οι υπόλοιποι θα κατευθύνονταν από το Αμύνταιο προς την Κλεισούρα. Η αποχώρηση πραγματοποιήθηκε σε δύο φάλαγγες: η πρώτη υπό τον Συνταγματάρχη Αριστοτέλη Σέργιο προχώρησε ανατολικά της λίμνης Πετρών και η δεύτερη, υπό την ηγεσία του Αντισυνταγματάρχη Ιωάννη Νικολάου, διέσχισε τη δυτική πλευρά της λίμνης.

Η φάλαγγα υπό την ηγεσία του Συνταγματάρχη Σέργιου έφτασε σύμφωνα με το πρόγραμμα στο Αμύνταιο και από εκεί κατευθύνθηκε στην Πτολεμαΐδα. Αντίθετα, η φάλαγγα του Αντισυνταγματάρχη Νικολάου αντιμετώπισε προβλήματα. Ένας ουλαμός της φάλαγγας αποκλίνοντας από την προκαθορισμένη διαδρομή, κινήθηκε προς το χωριό Κλειδί για να στηρίξει το Αυστραλιανό τάγμα που μετείχε σε μάχη εκεί. Αυτή η ενέργεια οδήγησε στον θάνατο δέκα στρατιωτών και στην τελική περικύκλωση και παράδοση του ουλαμού στις γερμανικές δυνάμεις. Η υπόλοιπη φάλαγγα κατάφερε να φτάσει στα δυτικά του Αμυνταίου περίπου στις 18:00, όμως προσεγγίζοντας το Αμύνταιο, δέχτηκε πλευρικά πυρά από γερμανικά άρματα που είχαν κινηθεί από τη νότια έξοδο των Στενών Κλειδίου και παράλληλα από πυρά πυροβολικού από τις βορειοδυτικές θέσεις των Στενών. Με την επέμβαση 25-30 βρετανικών αρμάτων, τα γερμανικά άρματα αναχαιτίστηκαν και η ελληνική φάλαγγα έλαβε την ευκαιρία να διαφύγει προς το Αμύνταιο, αποφεύγοντας την αιχμαλωσία.

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 Γερμανών, 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.