他领导的义勇军曾多次对敌战斗。

1932年3月19日晚，郑桂林率部2000余人，分四路进攻绥中县城。从午夜激战到拂晓，击毙日军20余人，缴枪20支。首战告捷，士气大振。

同年5月11日，郑桂林率部再次进攻绥中县城和火车站的日军。行进至城西马家河子时，郑司令命部下隐蔽前进，接近敌人后，把手榴弹投入日军营内。睡梦中的日军遭此一击，立刻大乱。此役共歼敌30多名，俘17人，炸毁坦克一一辆，摧毁了杜屯铁路桥，破坏了六股河大桥。

4月中旬和5月9日，郑桂林率领的第四十八路义勇军于鲍庄子、条石沟两次与“进剿”的日伪军激战，迫使敌人由四方台撤回绥中。

1932年7月8日，郑桂林派人包围大王庙伪警察所，枪毙了伪警察所长蔡恩堂 (化南)，俘伪警20余人 (逃走4名)，缴枪23支。

郑桂林和他领导的四十八路义勇军威振辽西，《京报》、《申报》、《大公报》等10多家报刊竞相发表第四十八路义勇军抗日战绩。

1933年初，蒋介石下令解散北平东北民众抗日救国会，召第四十八路抗日义勇军进关。郑桂林被迫率部12000余人退至关内，以图再起。途中英勇地投入了闻名全国的长城保卫战，从2月初打到4月，连续作战多次。2月3日在大茅山口一带与日军展开丁激战;14日又向九门口外盘据永安堡、李家堡的日军进攻;15—17日阻击了向郑部进犯的日伪军；20日又参加了保卫冷口、喜峰口战役。尤其是3月30日在石门寨一带与日伪步骑炮联合兵种3000多人展开肉搏战，更为激烈。据4月26日《新天津报》载：“东北救国军，仍有万余人连日在边城一带〔战斗〕颇为骁勇。”之后，郑部所剩7000余人于4月16日被国民党骑兵第二军军长何柱国改编为暂编第一师，郑任师长。6月11日，何应饮令郑桂林部移驻天津马厂整编，以“裁弱留强”为名，把一个师缩编为一个旅辖三个团和一个教导队，余者一律遣散。

当时有人编造谣言，诬蔑义勇军。郑桂林极为愤怒，除在报上发表《郑桂林启事》予以驳斥外，又于7月15日在天津招待新闻记者，发表长篇演说。他说:“我对外抗战，决不畏死;对内捍卫祖国，尽我天职。”7月20日晚，郑桂林毅然组织了马厂起义。先令特务连暗中离开驻地。随后，郑借口追剿“哗军”，率全军开出马厂，去张家口参加了吉鸿昌领导的民众抗日同盟军，任第四军第一师师长。后又同吉鸿昌、方振武、汤玉麟联合组成抗日讨贼军，继续抗日。

9月，察绥抗日讨贼军在日伪军和国民党军队夹击下失败。郑桂林只带几名随员去北平、天津，多方奔走，联络旧部，准备再次出关抗日。11月9日，郑桂林在天津法租界找吉鸿昌时，被国民党宪兵第三团蒋孝先的特务秘密逮捕。11月20日，国民党当局以“反蒋”、“图谋不轨”等罪名，将郑秘密杀害于北平琉璃厂。郑桂林就义时，年仅44岁。