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. Στις 11 Απριλίου, ισχυρές γερμανικές δυνάμεις προωθήθηκαν στα Στενά του Κλειδίου. Βρετανικές και αυστραλιανές μονάδες του Συγκροτήματος «W», με επικεφαλής τον διοικητή της 6^ης Αυστραλιανής Μεραρχίας, Υποστράτηγο Ιβέν Γκιφάρντ Μακέι (Iven Giffard Mackay), επιχείρησαν να τις απωθήσουν, χρησιμοποιώντας πυρά πυροβολικού και αντιαρματικά πυρά, και διεξάγοντας συντονισμένες επιθέσεις με τη βοήθεια του Τάγματος Ανιχνευτών. 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 απώλεια 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.

Μέχρι το βράδυ της 12^ης Απριλίου, οι δυνάμεις του Συγκροτήματος «W» είχαν παρατάξει αντιαρματική άμυνα κατά μήκος μιας διαγώνιας γραμμής από τα νοτιοανατολικά του Αμυνταίου έως τα νοτιοδυτικά του Σωτήρα. Στο πλαίσιο αυτών των εξελίξεων, το απόσπασμα υπό τη διοίκηση του Υποστράτηγου Ιβέν Γκιφάρντ Μακέι (Iven Giffard Mackay) διαλύθηκε και οι Αυστραλιανές δυνάμεις τέθηκαν στις διαταγές του Στρατηγού Τόμας Άλμπερτ Μπλέιμι (Thomas Albert Blamey). Σε αυτή τη φάση, το Αυστραλιανό Σώμα αναδιοργανώθηκε και ονομάστηκε ANZAC (Australian and New Zealand Army Corps), προς τιμήν του ιστορικού σώματος που είχε συμμετάσχει στον Α΄ Παγκόσμιο Πόλεμο.

Τα ξημερώματα της 13ης Απριλίου, στις 05:00, μηχανοκίνητα τμήματα της γερμανικής IX Τεθωρακισμένης Μεραρχίας κατέλαβαν θέσεις βόρεια του Σωτήρα, ενώ παράλληλα γερμανικές δυνάμεις πεζικού κινήθηκαν με αυτοκίνητα προς το Αμύνταιο. Παρά τις προσπάθειες των Βρετανών να απωθήσουν την προέλαση των Γερμανών με αυτόματα όπλα και πυρά πυροβολικού, οι γερμανικές δυνάμεις προχώρησαν προς τη δεξιά πλευρά της Συμμαχικής άμυνας. Μπροστά στον κίνδυνο μία ίλη του Βρετανικού Λόχου Ανιχνευτών επιτέθηκε με τόλμη κατά μέτωπο, επιτυγχάνοντας να απωθήσει το γερμανικό πεζικό. Αυτή η ενέργεια προκάλεσε αναστάτωση στις γερμανικές δυνάμεις, οι οποίες θεώρησαν την κίνηση ως προετοιμασία για βρετανική αντεπίθεση. Ως αποτέλεσμα, η γερμανική επίθεση διακόπηκε προσωρινά και το πεζικό υποχώρησε, για να λάβει θέσεις αντιμετώπισης της αντεπίθεσης. Ταυτόχρονα, διατάχθηκε η προώθηση γερμανικού αντιαρματικού πυροβολικού στο μέτωπο.

Προς τις απογευματινές ώρες, το γερμανικό πυροβολικό με την υποστήριξη της αεροπορίας, ξεκίνησε να πλήττει τις θέσεις της Συμμαχικής αμυντικής γραμμής. Η αυξημένη πίεση από τις γερμανικές δυνάμεις ανάγκασε τον Βρετανό Ταξίαρχο Χάρολντ Βίνσεντ Σπένσερ Τσάρινγκτον (Harold Vincent Spencer Charrington), διοικητή της 1ης Τεθωρακισμένης Ταξιαρχίας, να διατάξει την υποχώρηση των Συμμαχικών δυνάμεων γύρω στις 07:30. Παρά την υποχώρηση, ο βασικός στόχος της Βρετανικής Ταξιαρχίας παρέμεινε η επιβράδυνση της γερμανικής προέλασης, με σκοπό την εξασφάλιση πολύτιμου χρόνου για την ανασυγκρότηση των ελληνικών δυνάμεων. Μετά τις 10:00, οι Συμμαχικές δυνάμεις ξεκίνησαν να αποσύρονται προς την Πτολεμαΐδα.

Καθώς οι Συμμαχικές δυνάμεις εγκατέλειψαν σταδιακά την αμυντική γραμμή Αμυνταίου – Σωτήρα, παράταξαν νέες άμυνες νοτιοανατολικά της Πτολεμαΐδας, ανάμεσα στο Προάστειο και στον Κόμανο, με την οπισθοφυλακή να εγκαθίσταται στο Μαυροδένδρι. Τις πρώτες πρωινές μεσημβρινές ώρες της 13ης Απριλίου, οι Γερμανοί εισέβαλαν στην Πτολεμαΐδα. Γύρω στις 14:30 ξεκίνησαν μια έντονη επίθεση με τη χρήση αρμάτων και μηχανοκίνητων οχημάτων, ενισχυμένη από αεροπλάνα κάθετης εφόρμησης (Junkers Ju87 / Stukas), εναντίον του Συμμαχικού πεζικού και πυροβολικού. Η γερμανική αεροπορία, η οποία ήταν αδρανής τις προηγούμενες ημέρες εξαιτίας των δυσμενών καιρικών συνθηκών, εξαπέλυσε ισχυρές επιθέσεις στη μάχη που έλαβε χώρα νοτιοανατολικά της Πτολεμαΐδας. Η αρχική γερμανική επίθεση ανακόπηκε όταν το επικεφαλής όχημα καταστράφηκε από τα πυρά βρετανικού πυροβόλου. Ακολούθησε σφοδρή αρματομαχία που αποτέλεσε τη μοναδική καταγεγραμμένη αρματομαχία στον ελληνικό χώρο κατά τη διάρκεια του ελληνογερμανικού πολέμου.

Μετά την πρώτη ανεπιτυχή επίθεση των Γερμανών, επιχειρήθηκαν και άλλες που είχαν στόχο τη διάσπαση της Συμμαχικής άμυνα από τα δυτικά. Στις επιθέσεις αυτές, χαρακτηριστικές της τακτικής του κεραυνοβόλου πολέμου, πραγματοποιήθηκαν συντονισμένες κινήσεις του γερμανικού πεζικού, των τεθωρακισμένων μονάδων και της αεροπορίας. Παρά την ισχυρή πίεση που ασκούνταν, οι γερμανικές δυνάμεις συνέχιζαν να απωθούνται από τα βρετανικά τεθωρακισμένα και το πυροβολικό μέχρι και τις πρώτες βραδινές ώρες.

Παρά το άφθονο πολεμικό υλικό και την αριθμητική υπεροχή των γερμανικών δυνάμεων, η αδυναμία τους να διασπάσουν τη σθεναρή Συμμαχική άμυνα οδήγησε στην απόφαση για παράκαμψη της κατά μετώπου επίθεσης. Έτσι, επιχείρησαν να διασχίσουν τα έλη Καμούς-Γκιόλ, ανάμεσα στην Πτολεμαΐδα και την Ασβεστόπετρα. Η διάβαση των ελών αποδείχθηκε ιδιαίτερα δύσκολη αποστολή, και είχε ως αποτέλεσμα την καθήλωση στα έλη επτά γερμανικών αρμάτων. Ωστόσο, τα άρματα που κατάφεραν να διαπεράσουν την περιοχή συνέχισαν προς τη Μαυροπηγή, απειλώντας να ανακόψουν τη Συμμαχική άμυνα και να κυκλώσουν τις δυνάμεις στο Προάστειο.

Προς τις βραδινές ώρες, οι γερμανικές δυνάμεις επιτέθηκαν στα αριστερά της βρετανικής άμυνας, επιχειρώντας αιφνιδιασμό. Ωστόσο, οι Βρετανοί που είχαν ήδη αντιληφθεί τις κινήσεις των γερμανικών τεθωρακισμένων, είχαν οργανώσει άμυνα με τα διαθέσιμα ελαφρά άρματα. Αν και τα ελαφρά άρματα υστερούσαν σημαντικά σε δύναμη απέναντι στα ισχυρότερα βαριά γερμανικά άρματα, οι Βρετανοί κατάφεραν να υπερβούν τις αρχικές δυσκολίες της μάχης. Χάρη στην τολμηρή ενέργεια των ελαφρών αρμάτων, οργανωμένη από τον Υπολοχαγό Trippier, διοικητή της βρετανικής αντιαρματικής πυροβολαρχίας, και εκμεταλλευόμενοι το σκότος και τις περιβαλλοντικές συνθήκες, οι Βρετανοί οδήγησαν τους Γερμανούς σε μια χαράδρα δυτικά της Μαυροπηγής και παράλληλα, απέκλεισαν την πρόσβαση προς τη Μαυροπηγή.

Οι Γερμανικές δυνάμεις, ξεπερνώντας αρχικό αιφνιδιασμό, κατάφεραν να ανασυνταχθούν και να αντεπιτεθούν, σημειώνοντας ορισμένες καταστροφές στο βρετανικό πολεμικό υλικό, μεταξύ των οποίων και το όχημα του Υπολοχαγού Trippier. Παρά τις απώλειες, η σύρραξη με τα ελαφρά άρματα των Βρετανών επιβράδυνε αποτελεσματικά τη γερμανική προέλαση και επέτρεψε την άφιξη τεσσάρων μέσων αρμάτων του Βρετανικού 3ου Συντάγματος. Τα άρματα αυτά, επιτιθέμενα από απόσταση, κατάφεραν να απεγκλωβίσουν τη βρετανική αντιαρματική πυροβολαρχία που είχε βρεθεί σε δύσκολη θέση. Επιπλέον, με τη βοήθεια Νεοζηλανδών πολυβολητών έθεσαν εκτός μάχης δύο γερμανικά άρματα.

Καθώς τα καύσιμα και τα πυρομαχικά των Γερμανών είχαν σχεδόν εξαντληθεί, οι επιτιθέμενες δυνάμεις αναγκάστηκαν να υποχωρήσουν μετά από τις πολύωρες μάχες που πραγματοποιήθηκαν. Παράλληλα, τα βρετανικά τμήματα που βάλλονταν από ισχυρότατες γερμανικές δυνάμεις στο Προάστειο κατάφεραν να διαφύγουν απαρατήρητα προς τα νότια, αφήνοντας τους Γερμανούς να επιτίθενται κατά των εκκενωμένων θέσεων για περισσότερο από μισή ώρα.

Τελικά, κατά τη διάρκεια της αρματομαχίας στην ευρύτερη περιοχή νότια της Πτολεμαΐδας την 13^η Απριλίου, οι Βρετανικές δυνάμεις κατάφεραν προσωρινά να αναχαιτίσουν την ταχεία γερμανική προέλαση, εκπληρώνοντας τους επιχειρησιακούς στόχους της 1ης Τεθωρακισμένης Ταξιαρχίας Τσάρινγκτον. Από τις σφοδρές συγκρούσεις οι απώλειες πολεμικού υλικού και μηχανοκίνητων οχημάτων των Βρετανικών δυνάμεων ήταν τεράστιες, όμως η πλειονότητα αυτών δεν οφείλονταν στις γερμανικές επιθέσεις αλλά σε μηχανικές βλάβες. Μετά το τέλος της σφοδρής μάχης, οι Συμμαχικές δυνάμεις αποχώρησαν προς την Κοζάνη και στη συνέχεια προς τα Γρεβενά, αφήνοντας τις περιοχές της σημερινής Π.Ε. Κοζάνης να καταληφθούν από τους Γερμανούς. Την επόμενη ημέρα ο πόλεμος και η άμυνα του Συγκροτήματος «W» συγκεντρώθηκε στις περιοχές γύρω από το Άσκιο και τον Όλυμπο.