第三次長沙大捷，第十軍聲名鵲起，軍長李玉堂榮升第九戰(zhàn)區(qū)兵團(tuán)司令，第十軍軍長由原黃埔三期生、該部預(yù)十師師長方先覺接任，方的第十師師長一職由葛先才繼任。此次守衛(wèi)衡陽，正是方先覺統(tǒng)領(lǐng)的第十軍。

此時的第十軍因此前參加常德保衛(wèi)戰(zhàn)遭到日軍重創(chuàng)，原四師（第三師、第一九○師、預(yù)備第十師、暫編第五十四師）已折半，僅相當(dāng)于兩個師的兵力，共有1.7萬余人，屬于久戰(zhàn)疲憊之師。而日軍圍攻衡陽部隊除第十一軍4個師團(tuán)，另有直屬炮兵、化學(xué)部隊等共計11萬人，中日兵力比值為1‥6.4，如此懸殊的兵力對比，在整個抗日戰(zhàn)爭屬首次出現(xiàn)，正因了這諸多的因素，為這場戰(zhàn)爭增加了一系列懸念并涂上了悲壯色彩。

按照國民黨軍事委員會原定計劃，國軍主力布置在衡陽外圍，以方先覺部萬余人吸引日軍傾全力前來攻城，只要方部扼守衡陽10天，最多兩周，即有外圍主力部隊增援并成鐵桶合圍之勢，里應(yīng)外合，一舉圍殲來范之?dāng)场?/p>

日軍大本營的作戰(zhàn)方案是，傾第十一軍團(tuán)全部兵力圍攻，于一日之內(nèi)可攻陷衡陽。就在這作戰(zhàn)命令下達(dá)時，老謀深算的第十一軍團(tuán)司令官橫山勇，識破了中國軍隊高層的戰(zhàn)略意圖，未敢輕易發(fā)兵，只調(diào)集兩個師團(tuán)部分兵力3萬余人作前鋒，分波次向衡陽圍攻，其他部隊則負(fù)責(zé)阻擊外圍的國民黨援軍并伺機(jī)圍殲國軍主力。用橫山勇的話說：“只要將敵人外圍主力擊破，衡陽守軍得不到援軍，在無補(bǔ)給之情況下，至其戰(zhàn)力耗盡時，則不攻自破矣。”[6]既然中國原有的戰(zhàn)略部署被日軍破解，戰(zhàn)爭的進(jìn)程也就出乎雙方軍事高層預(yù)料之外了。

6月23日凌晨，衡陽攻防戰(zhàn)正式打響，雙方均以火炮為主猛擊對方，日軍主用重炮與野山炮，中方主用迫擊炮，中間伴有其他武器交火與小范圍、短時間的肉搏戰(zhàn)。中國守軍士氣高漲，日本方面“負(fù)責(zé)攻城之兩師團(tuán)，鑒于長沙之攻占，已被他人捷足先登，功震全國，乃欲急起效尤，一時戰(zhàn)志如云”。[7]兩支強(qiáng)軍狹路相逢，各懷戰(zhàn)志，死拼硬磕，戰(zhàn)斗持續(xù)了近一個月，雙方傷亡重大，未分勝負(fù)，攻防雙方皆拼全力支撐。多少年后，據(jù)方先覺對日本《產(chǎn)經(jīng)新聞》記者古屋奎二說：“由于長期作戰(zhàn)，醫(yī)藥品和食品缺乏，極感困苦。沒有止血藥劑，沒有繃帶，負(fù)傷官兵的傷口有發(fā)炎生蛆的現(xiàn)象。本來可以救治的官兵，很多都死亡了。我們給予敵人的打擊也非常之大，每天可以望到敵陣在舉行火葬的煙焰。整個衡陽城被死尸臭氣所籠罩，實在是很悲慘?！盵8]

衡陽交戰(zhàn)前，日軍大本營擬定在一日之內(nèi)攻占衡陽的戰(zhàn)略成為泡影，事后被日軍軍史專家斥為“其必勝之信念，誠屬可嘉；其廟算之粗率，罪無可逭”。[9]日軍如此，中國軍隊同樣陷入了因高層廟算不周而導(dǎo)致在旋渦中不能自拔。在苦戰(zhàn)中勉力支撐的國民黨守軍日夜盼望的增援部隊，因受日軍外線阻擊，行驅(qū)艱難，始終未能抵達(dá)衡陽城門。經(jīng)過如此長時間的消耗，衡陽已成為一座內(nèi)無糧草、外無救兵的孤城。而日軍自7月下旬起，設(shè)在外線的兵站每夜仍可向衡陽前線官兵輸送30～40噸的給養(yǎng)。面對此情，親自指揮此次會戰(zhàn)的中國最高統(tǒng)帥蔣介石意識到局勢嚴(yán)峻，嚴(yán)令外線各軍迅速攻擊前進(jìn)，以解衡陽之危。但在日軍強(qiáng)大炮火與兵力阻擊下，7月20日，國民黨第六十二軍進(jìn)展至衡陽西南約7公里處，由西北增援之第七十九軍亦距衡陽不過8公里處，受到敵人猛烈炮火的壓制，而第十軍于19日夜間派出向第六十二軍方向接應(yīng)的特務(wù)營也遭到日軍伏擊，全部陣亡。蔣介石預(yù)計窮一日之力，兩軍各向前推進(jìn)5公里即可解衡陽之圍，但這短短的5公里路程卻如萬水千山，計劃始終未能貫徹，援軍被迫停止。衡陽面臨彈盡糧絕、城破有日的險惡處境。

生死已到緊要關(guān)頭，最后的決戰(zhàn)即將開始。中日雙方皆傾全力投入這場關(guān)乎國家存亡的攻守戰(zhàn)。大海那邊的日本天皇翹首以待，密切關(guān)注著這場千里之外的戰(zhàn)事。日軍大本營命令第十一軍全力投入攻城之戰(zhàn)，并調(diào)集炮兵、化學(xué)部隊配合，以盡快拿下衡陽。正身患痢疾、身體衰弱、焦躁不安的日軍橫山勇中將認(rèn)為時機(jī)已到，不再猶豫，集結(jié)第十三、四十五、五十八、六十八、一一六共5個師團(tuán)，外加五十七旅團(tuán)和重炮、化學(xué)部隊共11萬余眾，向衡陽城圍攻而來。面對日軍的強(qiáng)悍攻勢，國民黨軍事高層人員更加焦慮不安，皆以悲壯的心境注視著這場關(guān)乎民族安危的攻防戰(zhàn)。