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 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. Παρ’ όλο 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 το χωριό Σωτήρας.

Ταυτόχρονα με τις εξελίξεις στα Στενά Κλειδίου, ο Υποστράτηγος Γκιφάρντ Μακέι διέταξε την αποχώρηση του ελληνικού αποσπάσματος από τις θέσεις που αυτό 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 Σεργίου έφτασε σύμφωνα με το πρόγραμμα στο Αμύνταιο και από εκεί κατευθύνθηκε στην Πτολεμαΐδα. Αντίθετα, η φάλαγγα του Αντισυνταγματάρχη Νικολάου αντιμετώπισε προβλήματα. Ένας ουλαμός παρέκκλινε για να υποστηρίξει τις αυστραλιανές δυνάμεις που μάχονταν στο Κλειδί. Ο ουλαμός αυτός, αφού υπέστη απώλειες δέκα ανδρών, παραδόθηκε στις γερμανικές δυνάμεις. Το υπόλοιπο τμήμα του αποσπάσματος έφτασε στο Αμύνταιο, όπου αντιμετώπισε ισχυρά πυρά από γερμανικά άρματα και πυροβολικό. Με την παρέμβαση βρετανικών αρμάτων τα γερμανικά άρματα καθηλώθηκαν, επιτρέποντας στις ελληνικές δυνάμεις να διαφύγουν χωρίς απώλειες.

Όσον αφορά το αριστερό τμήμα της αμυντικής γραμμής, το οποίο εκτείνονταν στα δυτικά των Στενών Κλειδίου, εκδηλώθηκε εκεί γύρω στις 16:00 της 12ης Απριλίου ισχυρή γερμανική επίθεση. Το ελληνικό 1ο Τάγμα του 88ου Συντάγματος Πεζικού, το οποίο είχε αναλάβει την υπεράσπιση του αριστερού τμήματος και είχε παραταχθεί νότια του χωριού Φλάμπουρο, υπέστη καταιγισμό πυρών πυροβολικού και όλμων. Παράλληλα, δύο γερμανικά τάγματα προωθήθηκαν στις αμυντικές γραμμές και γύρω στις 18:30 επιτέθηκαν με έφοδο στις ελληνικές δυνάμεις προκαλώντας την υποχώρησή τους. Ένα μέρος των ανδρών του 1^ου τάγματος παραδόθηκε στις γερμανικές δυνάμεις ή αιχμαλωτίστηκε, ενώ άλλοι υποχώρησαν άτακτα προς το νότο και μέσα από τις δασώδεις περιοχές κατευθύνθηκαν στο χωριό Αετός. Ο διοικητής του 88^ου Συντάγματος, έφεδρος αντισυνταγματάρχης Γεώργιος Χονδρός, προσπάθησε να αντεπιτεθεί με μικρή εφεδρική δύναμη. Κρατώντας στο χέρι το περίστροφο πραγματοποίησε έφοδο κατά ενός γερμανικού τμήματος αλλά σκοτώθηκε από πυρά αυτόματου όπλου.

Κατά τη διάρκεια της μάχης, το ελληνικό τάγμα πεζικού είχε βαρύτατες απώλειες: 11 νεκροί, εκ των οποίων ένας αξιωματικός, 18 τραυματίες και 96 αιχμάλωτοι, από τους οποίους 6 αξιωματικοί. Οι Γερμανοί, με εξίσου σημαντικές απώλειες, κατέλαβαν μέχρι το βράδυ τα υψώματα βόρεια του Αετού.

Τελικά, παρά τη σθεναρή αντίσταση του Συγκροτήματος «W», οι γερμανικές δυνάμεις στις 12 Απριλίου 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.