长沙失陷后，日军分成数路纵队，夹湘江西岸大举南下。数日间，湘乡等诸县未经激战即先后失守。

在长衡会战中，蒋介石和薛岳从一开始就出现了很大的战略分歧。蒋介石要薛岳坐镇湘江以西，固守湘桂路与湘西，不让日军动摇西南大后方。薛岳则坚持不到湘江以西，认为必须固守湘东南，不让日军打通粤汉路，进而与香港取得联系。

为了贯彻个人的主张，薛岳只留第四军守长沙，第十军守衡阳，而把司令长官部移驻于湘东南位于湘赣边境的桂东，各部队也被陆续转移到桂东。薛岳的这一指挥失误，事后被认为是长衡会战失败的关键所在。

继第四军兵败长沙，衡阳的第十军又马上成为被日军包围的孤旅。按照赵子立的意见，即便这样，此时若能把绝大多数部队集中在湘桂路方面，向衡阳西南面发起反攻，仍有可能为第十军解围。

奈何薛岳就是不肯动身到湘西去，许多部队被分散在湘东两三百公里的区域内，且重点不清，毫无力量。赵子立最为看重的衡阳以西，只有王耀武兵团在活动。由此还出现了一个奇特的现象，即湘江以西的部队由军委会直接指挥，薛岳只负责湘江以东的作战指挥，到后来他所负责的部队也已经被日军冲得七零八落。

衡阳是中国军队的核心防守阵地，也就是“核心地带”。横山勇知道中方会以重兵坚守，外围也会不时投入战略兵团，因此他要求抓紧时间，不惜一切代价予以攻占。

方先觉指挥第十军死守衡阳，随着阵地的日益缩小以及援兵不至，官兵士气逐渐消沉。他们对薛岳移师桂东，未出全力增援，都感到极为愤恨，零星脱险的士兵痛骂薛岳指挥无能：“几次长沙大捷（指第三次长沙会战前的‘大捷’）都是吹牛，第三次长沙会战要我们第十军死守长沙，这次又派第十军死守衡阳。我们已死守了这么多天，（他）把我们置之死地而不顾。”

有可能为衡阳的解围的只剩下王耀武兵团。此时王耀武除指挥第二十四集团军外，还能调动第七十九军、第九十九军以及失守长沙的第四军残部，号称有十七个师的规模。不过这些部队自六月初就投入了战斗，多为建制残破的久战疲师，战斗力已大不如前，难以在日军的阻击线上形成突破。同时兵团内想保存实力，甚至对第十军心存嫉妒的也不乏其人。第二十四集团军下面的一个军长私下就说：“如果衡阳解了围，方先觉岂不成了个人英雄？”

就在各部或真的力不胜任，或犹豫观望的时候，王耀武决定再次动用“虎部队”。长衡会战初期，王耀武只从七十四军中抽调五十八师随其一同进入第九战区作战，五十一师和五十七师都被第六战区留在常德附近担任守备。直至6月底七7初，五十一师和五十七师才得以归建并全部投入会战。

7月中旬，七十四军军长施中诚得到命令，限以急行军方式赶到衡阳以西的金兰寺、鸡窝山一线，以解衡阳之围。

七十四军的三个师也并非都处于最佳状态。五十七师在常德会战中几乎伤亡殆尽，战后开赴桃源整补训练，经过三个月的整训，才刚刚恢复战斗力。五十八师在宁乡保卫战后，又与日军第四十师团在永丰缠斗，部队损失也一直没有时间进行补充。算下来，只有五十一师的情形要稍好一些。在行军阵型上，施中诚以五十八师居前，五十一师在后，五十七师进行侧翼掩护。

第一个目标金兰寺在衡阳西南四十多公里处，原为第七十九军一个营驻守。日军包围衡阳后，为巩固衡阳外围，日军第四十师团派黑须大队攻占了此地。

最初收复金兰寺的任务，系由第一百军承担。7月20日，第十九师以一部断敌退路，主力在攻占金兰寺前的店铺和村庄后，逐步将敌人压缩至金兰寺内。

金兰寺是一座砖石结构的小庙，但日军利用周围地形，把它打造成了一个易守难攻的据点：除以庙内的砖石建筑物负隅顽抗外，庙前的大树有轻机枪手进行俯射，庙后的小高地上还建有防守工事。

第十九师乃增派部队，先将寺后高地予以攻占，接着又集中迫击炮和重机枪，摧毁了树上的俯射火力点。只剩下寺庙无法攻入，对于这样的坚固据点，无论迫击炮还是重机枪都难以逞其技，必须得动用山炮，可是十九师连山炮都没有。盟军飞机几度对金兰寺进行轰炸扫射，也因为寺庙缩在山窝里面，难以命中。

围攻了一周，仍然一筹莫展。第一百军军长李天霞采取了一个投机取巧的办法，他指示十九师想办法将国旗插在寺前树上，以便使盟军飞机看到后，可以向上报告，说第一百军已攻取了金兰寺。

在担任团长至师长时期，李天霞并不乏七十四军将领所惯有的勇猛果敢，但后来便一意热衷于打巧仗、便宜仗，他的这个馊主意可害苦了十九师。为了插旗，十九师连续多次派敢死队员爬上树，但都遭到了日军的狙击，旗未插成，倒白白死伤了九个人。

7月23日，张灵甫挥师出击。五十八师在击退向金兰寺增援的敌军后，紧接着便会同十九师一道向金兰寺发起猛攻。五十八师有军配属的山炮连，在炮兵的支援下，他们摧毁了日军的铁丝网前缘工事，黑须大队余部见势不好，赶紧从东面突围逃跑了。

7月28日，王耀武督令兵团各部向衡阳西南郊全面攻击前进，但是第二天日军援兵一到，各部便全线后退，只有五十八师和十九师在继续向衡阳挺进。两天后，他们迫近衡阳近郊，并与守备该地的日军第四十师团第二三四联队展开殊死搏斗。

针对解围部队，日军第二三四联队面向西南占领了一系列阵地，其中以鸡窝山阵地最为险要。

鸡窝山距衡阳仅有十公里，登山顶即可望见衡阳，它也是衡阳西郊连绵山地中海拔最高的一座山头。鸡窝山的山脚下就是通往衡阳的公路，公路朝中国军队的一方是一片开阔地，易守难攻。

在常德会战中，五十八师的王慕羡乘漆家河守敌不备，率一连兵力围歼了在房子内休息的日军一个中队，因此七十四军军部曾授以“全军模范连”的称号。这次该连被作为尖兵连，担任攻击鸡窝山的尖刀部队，连长王慕羡当即立下军令状，并交代他一旦战死，便由第一排排长代理他的连长职务。

以炮火为掩护，五十八师从黄昏开始向鸡窝山主峰发起攻击。王慕羡手擎国旗，准备发起冲锋，不幸中弹牺牲。代理连长继续指挥冲锋，经过前仆后继的攻击，日军被迫撤至反斜面。

战斗进行到第二天，五十八师投入的一个主攻营即伤亡近半，两名连长一死一伤。第三天拂晓，一架低空盘旋的日机向中方阵地进行对空射击，尔后因为惧怕盟军飞机的反击，急于返回，结果慌慌张张投下的两颗炸弹都落到了日军自己的阵地上。五十八师乘机全力冲杀，向敌军阵地投去大量手榴弹。

抗战后期的中国军队出现了严重的兵员补充危机。部队补充与调拨的兵员，多半来自于师、团管区的壮丁。当时名为征兵制加募兵制，但实际上就是抓兵制，也就是俗称的“抓壮丁”。抓来的壮丁大多并不符合入伍条件，他们的身体往往不够壮实，吃不了苦也不愿意吃苦。同时因为前线频频告急，时间紧迫，稍作训练就得开往前线。这样造成的后果，就是多数新兵不会使用枪炮，甚至有的军官都不会射击、劈刺，当然也教不了自己的士兵。

七十四军在被定为攻击军后，就在后方贵州有专门配属的师管区、团管区，负责为七十四军招兵买马编练新兵。横向比较，七十四军的新兵质量可能要比其他部队好些，但很多问题也不可避免地存在着。这时候让新兵发挥作用的一个有效办法，就是教他们投掷手榴弹。

一名军官在给新兵做精神讲话时，这样给毫无军事基础和战斗经验的新兵们打气：“我们非常需要你们，你们虽然都没有打过仗，不会投手榴弹，但是没有关系，我们会马上把你们教会。”

相对于射击、劈刺，投手榴弹确实最简单。只须几名老兵，就可以在短时间内讲清楚手榴弹的投掷法。至于投掷时的实际水平如何，不讲究，你能投的远一些最好，稍近点也可以原谅，总之，短兵相接时，“只要投出去的手榴弹爆炸，敌人一定会死！”

暴风雨一般的手榴弹投过去，霎时间，炸得日军阵地一片火海，敌兵死伤累累，不得不向后溃逃。8月2日，五十八师收复了鸡窝山主峰。

在其余高地，中日两军也展开了激烈争夺。8月4日晨，五十一师随军部也到达前线。军属炮兵营的十二门山炮迅速放列阵地，对鸡窝山东面的一〇六六高地实施猛烈轰击，山头上的日军被轰得躲在掩体内不敢伸头。

五十一师、五十八师立即抓住战机，像猛虎一样向山头发起冲锋，日军丢下山头，不支撤退。打扫战场时，发现被打死的很多日本兵也很年轻，应该都是从本土征集的新兵。因为来不及把尸体运走，每个尸体都被砍掉了一只手——日军将在这只手的旁边写上阵亡者的姓名，然后送回日本后交给他们的家属作为阵亡的证据。

在七十四军的激励下，第一百军也连续攻下了牙鹰岭等高地。鸡窝山一线的被动局面，让日军第二三四联队长户田义直大佐如坐针毡。

战斗越深入，越能凸显王牌部队的价值。日军投入衡阳战场的兵员，大部分都是去年参加常德会战以及长衡会战开始以来连续作战剩下的老兵，具有相当的作战经验。

可是第七十四军也是战斗经验丰富的老部队，尤其五十一师、五十八师跟在常德战后整补的五十七师不同，部队里老兵较多，基层军官多为从黄埔军校毕业的学生。通过战场上的反复较量，这些部队的官兵对日军的编制、装备、战术，指挥以及习惯打法，都有一定的了解。

七十四军也摸到了日军在作战上的一个基本特点，即“欺软怕硬”，说白了，就是日军非常害怕和第七十四军这样常打硬仗的部队作战。对他们而言，如果能常跟杂牌部队或战斗力不强的一般“中央军”打对手仗，才是最惬意最放松的。

现前的情况是没有那么好的事，七十四军就逼在门口，让你想高悬免战牌都不能。情急之下，户田联队长索性亲自举起联队军旗，率后方部队进入阵地据守。

日军第四十师团长青木成一中将深感本师团尤其是第二三四联队情况严重，因此向第十一军司令部提出了增援的请求，但未能获得横山勇的同意。与第四十师团邻近的日军第十三师团长赤鹿理中将看在眼里，知道第四十师团已处于危急状态，遂表示他愿意拔刀相助，派出部队前去援救，横山勇的答复只有一句话：“全力进攻衡阳！”

横山勇并不是不知道户田有多惨。据说在那些天里，这位军司令官每天上下午都会登上司令部附近的高地，对鸡窝山方面的战况进行观察，其间还对专属副官说：“看来，户田部队仍在进行相当激烈的战斗啊！”

横山勇倒不光是关注户田的境遇，他还生怕户田顶不住，让七十四军突破进来。不过为了能够集中兵力，彻底攻克衡阳，他还是选择了弃卒保车，始终不肯分兵对户田进行增援。

奉王耀武之命，中方组织了一支携带电台的搜索队，任务是搜索敌情，同时与衡阳守军取得联系。搜索队进入衡阳城边缘不久就被日军发现，只能边打边退。

不过几天之后，便有第十军的守城官兵沿这一方向突围出来。他们告诉搜索队：“这几天都听到西郊外有枪声，知道增援友军已到，所以我们敢于冒死逃出虎口，奔向你们。”

至8月5日，在七十四军等部队的猛烈进攻下，日军第二三四联队已经伤亡大半，以所属第三大队为例，兵员最多的一个中队连伤员在内只剩下二十四人，最少的中队仅剩两人！

即使处于这种情况，青木师团长仍严令户田，绝对禁止后退。户田被迫将联队机关人员、通信兵、马夫集中起来当战斗兵使用，同时伪军“周部队”也被驱使至最前线。

第二三四联队的一线部队不仅兵员不足，而且弹药也极为缺乏，手雷已经全部用完了，士兵们只得用石块进行反击，或者是把中国军队刚投过来的手榴弹反投回去——这一招在实际使用时非常危险，最典型的是在衡阳一线督战的日军旅团长志摩源吉少将，他给士兵做榜样，现场示范如何将守军投过来的手榴弹迅速拾起抛回，结果却因姿态稍高被子弹击穿了头部。

日军第二三四联队最后退至大水塘以东高地，七十四军由此成为外围十余万军队中最接近衡阳的部队。站在鸡窝山的山头上，已经可以看到衡阳城的房屋，城内的枪炮声和炸弹声也清晰可闻。

似乎离解围只差一步之遥。然而在8月7日，由衡阳城内逃出的第十军官兵却带来了一个坏消息：“衡阳城西第一〇九师阵地已插白旗向敌投降，你们来迟了。”入夜，衡阳城内一片静寂，再无激烈的枪炮声传出，验证了这一消息极可能属实。

8月8日拂晓，又有从城内陆续逃出的官兵证实，第十军弹尽粮绝，方先觉已率部投降。

对方先觉而言，投降是一个万般无奈的决定。在此之前，他向蒋介石发出了最后一封绝命电：“此生已矣，来生再见！”据说他也曾举枪自杀，只是手枪已被副官提前取走，在部下“军长你带我们走一条活路”的劝说下，才选择了走投降的道路。

按照很多人理所当然的标准，方先觉投降之举无法得到原谅，连薛岳曾经的智囊赵子立都对之不屑，质疑：“抵抗了四十多天，就有资格投降吗？”

其实赵子立在长沙即将陷落时也急于逃出，所以在这种事上，批评指责的人实际占据的仅仅是他们所认为的道德高地而已。倒是七十四军历经百战，又有过常德保卫战那样的血泪经历，对方先觉及第十军赋予了更多的同情和理解。他们认为，能够孤军守城达四十七天，对于装备处于劣势的第十军来说，已经是非常不容易了。要追查衡阳陷落的责任，只能归咎于将帅不和，友军配合行动不能一致，以致坐失解衡阳之危的良机。

后来经过很多波折，方先觉从敌营中脱逃出来。时任第四方面军司令的王耀武不避嫌疑，亲自派一名副师长率兵前去迎接，并帮助方先觉转赴重庆去见蒋介石。

蒋介石对待方先觉的态度也很可玩味。余程万当年从常德突围，差点被枪毙，但是方先觉却得到蒋介石的慰勉，并授以青天白日勋章。

原因很复杂，其中一条可能是蒋介石认为，违令逃跑和战败投降，二者有着性质上的根本不同，前面一个当斩，后面一个却可以被解释成是不得已情况下的降汉不降曹。二战结束后，蒋介石在重庆会见了曾投降日军的美军将领温赖特，他说：“军人，战斗到弹尽粮绝，是可以暂时屈服、放下武器的。中国有句老话：‘胜败乃兵家常事’，所以，应该善待放下武器的军人。”

蒋介石并不是当着老外的面才这么说，他在处理庞炳勋投敌事件上同样如此。在日本投降的第二天，庞炳勋就接到了蒋介石所发出的电令：“马上归队，参加受降行动！”

为了攻克衡阳，日军付出了极大代价。在见到第十军挑起白旗后，横山勇立即抽出一个大队前去鸡窝山救援已被打得不成人形的第二三四联队。

日俄战争中，日军将领梅泽道治指挥后备部队在本溪湖进行防守，其间他曾向总司令官大山岩请求增援，可是没有得到同意。梅泽不得已，只好拼命堵击。大山利用这一时机发动进攻，终于迫使俄军全面撤退，梅泽因此成名，被奉为“花一样的梅泽”。

第二三四联队长户田认为自己在衡阳之战所立的功劳，已经可以和梅泽相提并论，而对原先显得极其绝情的军司令官，他也奉送一顶高帽，称横山勇在考虑是否要对他进行增援时的心情，就和当年大山对待梅泽相仿。

自常德会战起，中方的空军力量就已超过了日军，但与此同时，相当数量的地面部队却都缺乏整体观念和顽强的战斗意志。在奉命解围的过程中，他们有的保存实力，有的随意撤退，有的见死不救，有的做做样子，由此导致防守部队孤立无援，精疲力竭，运气好的尚可靠所剩力量组织突围，运气不好的就只能等着被歼灭或战败投降。

在应该受到指责的部队名单中，应该不包括“虎部队”。尽管没能为衡阳解围，但七十四军尤其五十八师的表现和努力仍然得到认可，五十八师师长张灵甫荣膺宝鼎勋章，先前七十四军获得这一荣誉的战将分别是余程万和李天霞。