湘江东岸。第68师团，在佐久间为人中将指挥下，疯狂南进。 在衡山地区与守军打了两天，便于6月23日清晨抢渡（氵米）水。 23日夜间，进抵衡阳东南郊区的泉溪，并连夜渡江。24日白天， 该师团主力，冒着美军飞机的轰炸扫射，继续强行渡江。渡江后， 日军即向衡阳机场进攻， 26日占领机场。
湘江西岸。第116师团与东岸日军齐头并进。6月23日到达 衡山地区，迅速突破守军防线，于6月26日抵达衡阳附近，并迂 回到城之西郊。
同时向南突进的还有第13师团。该路日军在长沙城被攻下 时，从江西边镇上粟市地区突向南进，穿过萍乡、攸县、安仁等 县境，在衡阳东北方，担任对井岗山地区中国部队的警戒，以保 证向衡阳城进攻的日军的侧背安全。
这三个师团的日军，都是在中国军队企图中间堵、两边夹的 部队尚未部署到位时，就顺利地突过了险峻地域。犹如排球场上 打出的一个漂亮的“时间差”一样。
当日军快速部队在衡阳郊区的进攻打响一天之后，第27、第 30两集团军才在渌水以北的湘赣边境山地集结起约十五个师的兵 力，向醴陵地区出击。但是，这十多个师的部队，尚未充分展开， 即遭到日军第3、第27、第34几个师团的先行攻击，“拳头”尚 未举起，就被冲散。
湘江西岸的王耀武集团也没料到日军南下来得如此之快。本 来要调集各军与东岸川军夹击敌人的，可是现在，他还未来得及 集结部队，东岸部队就被冲散了，而且日军已经在攻衡阳城了。因 而，在此夹击日军已失去意义，便令第100军和第74军各一部，跟 着日军屁股后头向南追击，又令其他各军迅速向安化、新化、宝庆 地区集结，准备去解衡阳之围。
日军围困衡阳的部队先后向孤城发动了三次规模巨大的攻坚 作战。
6月28日。
日军一攻衡阳城。
日军第68师团在南面，第116师团在西面，同时向衡阳城发 起急攻，意在一举拿下该城。
第10军军长方先觉、参谋长孙鸣玉将军率领所部预10师 （师长葛先才）、暂54师（师长饶少伟）、第3师（师长周庆祥）、 第190师（师长容有略），守卫衡阳城。
第10军自抗战以来，转战大江南北，将士英勇善战，屡建功 勋，是一支以打防守战著名的精锐之师。在三次长沙会战中，该 军都担任守卫长沙城的任务，在整个战区的会战中起砒柱中流作 队，三次都在十数万日军包围之中，沉着应战，力挫日军锋芒，为 第九战区主力的集结、反攻赢得了时间。在常德会战时，刚由预 10师师长升任第10军军长的方先觉将军，奉命率部北上增援，在 常德南面给敌第3师团以重创。
日军对方先觉的评价是：“方先觉是1941年秋冬第一次和第 二次长沙作战时死守长沙的猛将（当时是第10军预备第10师师 长），在1943年初冬的常德作战时任第10军长，曾向常德南侧增 援，具有与我第11军，特别是与第3、第68师团交战的经验。”
第11军第3师团被日军称为野战优秀兵团，是第11军的精 锐之一。第68师团亦是日军精锐，以攻坚见长。专门进行过严格 的攻城训练。
衡阳城西南面有无数山坡高地，第10军在这里构筑有四通八 达的战壕工事和无数暗堡据点，并将每个山头阵地前的断岩主坡 削成九十度陡峭绝壁，进攻者只能架云梯才能向上攀登。
日军首先向这些心头阵地进攻。先以排炮集中轰击，飞机编 队俯冲轰炸。
守军在敌机、敌炮狂轰滥炸时，都躲了起来。日军以为阵地 已被摧毁，嚎叫着潮水般地向高地扑来。待日军涌到阵地前，突 然从山头上甩出铺天盖地的手榴弹，直炸得山下昏天黑地，血肉 横飞。
日军的冲锋一下子垮了下来。
接着，日军又在更强大的炮火和大批飞机的轰炸下，连续发 动了几次大的冲锋，都被守军用手榴弹给炸了回去。
日军反复冲锋大半天，死伤累累，初战受挫。第68师团长佐 久间为人中将十分恼怒，亲自到前沿指挥部队冲锋。正当他高举 战刀嚎叫冲锋时，头顶上“嘘”地一声栽下来一颗迫击炮弹，还 没等他回过神来，只见火光一闪，轰隆一声，天昏地暗。中将和 他的参谋长原氏真三郎大佐，以及师团司令部的许多宫佐、士兵。 都躺倒在血泊之中，痛苦地挣扎、蠕动。
第一天的攻击，就这样停了下来。
6月29日。
黎明，一层绛红色的晨光抹遍了整个天际。
城西面。
日军独立山炮第5联队、步兵炮队、速射炮队，一排排大大 小小的炮口，悄悄昂起头来，对准山头阵地，一齐吼叫起来。
第68师团新任师团长堤中将指挥师团主力，发起大规模进 攻，发誓要一举荡平山头守军。日军蜂涌到山坡下，剪断了阵地 前的铁丝网，以为突破了缺口，嚎叫着亡命地朝山上扑。扑了没 多远，踩响了连环地雷，只见一道道吓人的闪光，一阵阵惊心动 魄的爆炸，冲进去的日军顿时不见了踪影。
太阳从地平线爬起来一杆高，对着岿然不动的守军阵地露出 了笑脸。
城南面。
第116师团白天的进攻也跟第68师团一样，一步不前。夜里 派出一个联队的兵力搞夜袭，结果，等日军摸到铁丝网处，突然 遭到一顿手榴弹好炸，丢下一堆堆死尸败退下来。
6月30日。
日军两个师团的进攻，除在守军阵地前丢下无数死尸外，一 无所获。
7月 1日，黎明前。
日军集中各种炮火，对城西第一线山头阵地逐一轰击。在百 十门炮火一个小时的轰击后，日军突击部队的指挥官们确信守军 阵地已被彻底摧毁，胜利完全有把握。这才对着尚未完全亮开的 天空射出一颗太阳似的小红球——冲锋信号。
日军又一次朝着守军阵地蜂涌冲去。冲在前面的两个中队，搭 上方梯，争相往上爬，眼看就要上阵地了。
突然，从那些被炸得乱七八糟的阵地后面冲出来许多中国军 士，手榴弹冰雹似地砸了过来，正往上攀登的那两个中队的日军， 转瞬间就被手榴弹的闪光和硝烟全部吞灭，一个也未能生回。
守军越战越沉着、勇敢，他们用手榴弹对付日军的飞机、大 炮，把冲锋的日军越放越近，在手榴弹的最有效杀伤距离内打击 敌人。
7月1日中午以后，一直到7月2日上午，恼羞成怒的日军， 在飞机和炮火的连续猛轰下，冲锋一次跟着一次；许多回，日军 爬上云梯，上了山顶阵地，却又被突然冒出来的中国军队的集束 手榴弹给炸掉。冲上去的日军，无论多少，全部被手榴弹报销，总 是有去无回。
7月2日下午。
日军的炮火哑了，冲锋也停了。只有大群大群的日军飞机还 在接连不断地轰炸、扫射和施放毒气。
横山勇接到攻城的两个师团的报告：我军进攻受挫，从6月 28日发动攻城以来，已逾五天，未能前进一步，部队伤亡惨重。炮 兵部队炮弹已打完，步兵弹药也消耗殆尽，无力再发动进攻。
午夜时，横山勇经请示（火田）俊六总司令官同意，下今停 止攻城。同时命令迅速向第一线攻城部队补充兵员和弹药。
日军以奇袭和强袭手段，闪电式推进得十分迅速，但是，企 图以奇袭和强袭手段，闪电式攻取衡阳却遭到失败。
7月11日，清晨。
日军二攻衡阳城；沉寂了八天的的衡阳城，又响起了日军第二次攻城的枪炮声。 第68师团和第116师团，在兵员和弹药得到充分补充后，又向守 军阵地发起大规模冲锋。
为给地面部队的进攻扫除障碍，日第5航空军出动主力轰炸 衡阳城和守军阵地。其轰炸机第6、第44两个战队的主力，在第 1飞行团战斗机掩护下，对市区和西南两面的山头阵地进行反复 轰炸、扫射，将外围阵地上的据点、工事、战壕几乎摧毁殆尽。守 军只好利用敌炸弹创出的一个个弹坑进行顽强抵抗。
更为严重的是，城内所有的有线通讯线路都被敌机和炮火炸 毁。方先觉将军同各师、各团的联系中断。各部队之间，虽近在 咫尺，却互不了解情况，只能靠传令兵联络。
方先觉已无法在军部指挥全局、只得带着警卫到各阵地上去 指挥、督战。
在敌人狂轰滥炸和大军包围之中，守军各部临危不惧，一直 保持冷静沉着，施用他们的拿手好戏——手榴弹，将敌人放在近 前狠狠炸。
7月13日。
日军第二次攻城又打了三天，仍然未能前进一步，第116师 团的攻城主力——步兵第120联队，在联队长和尔大佐指挥下，向 山头阵地发动冲锋。在山坡半腰间，遭到从弹坑中突然冒起来的 一些中国军官兵的手榴弹狠炸。和尔大佐和许多日军官兵被当场 炸毙，冲锋垮了下去。
进攻张家山的日军第2大队足立大队长和该大队5至8中队 所有的官佐，全部在进攻中被守军用手榴弹炸死，该大队活着的 士兵不足四分之一。
日军只能依靠空中和炮兵的轰炸效果向前一步步推进。即用 飞机反复轰炸扫射，炮群集中轰击，将山头上的守军官兵全部炸 死，才能占领那个山头，否则，只要阵地上还有一个中国军人，冲 锋的日军就要挨手榴弹炸。
7月18日。
第68师团主力志摩旅团推进到小西门外四百米处，旅团的冲 锋部队被守军火力压制，趴在地上抬不起头来。
师团炮火急忙给予支援，压制守军人力。支援炮火刚停，日 军指挥官一声嚎叫，上千名日军从地上一跃而起，嚎叫着朝守军 扑来。等日军近前，守军用手榴弹与敌混战，密集的手榴弹整整 炸了一个钟头，冲上去的日军几乎被炸光，守军自己也被炸死、炸 伤无数。
由于两军搅成一团，日军炮火无法开炮支援，眼睁睁看着自 己的冲锋部队被消灭。这世界上绝无仅有的中国军队之手榴弹肉 博战使倍受“武士道”亡命精神熏陶的日军官兵也感到胆寒。
7月19日。
经整整一天一夜的拼死肉搏，第68师团志摩旅团好不容易又 向前推进了一百米——离小西门三百米了。
汉口，派遣军前进指挥所。
由于衡阳久攻不下，且伤亡惨重，（火田）俊六总司令十分 气恼，在电话上对横山勇进行严厉训斥，并责令其迅速攻下衡阳城。
长沙，第11军前进指挥所。
横山勇放下电话，心里感到万分羞愧，面对作战地图，一愁 莫展。
指挥所里，高级幕僚和参谋人员们吵成一团。许多人摇头叹 息，认为日军无法攻下这座城市；有的人大吵大闹，说应该赶快 痛下决心，放弃攻城战斗，以免徒添伤亡；有的人据理力争，说 投入数万大军，攻打了几十天，丢下那么多死尸，现在不攻了，作 战部队的士气将因此崩溃，大日本皇军将在世界上威信扫地。因 此，再大的牺牲也要再所不惜，攻城的仗还应打下去。
还有的人对攻城的第116师团和第68师团大加贬斥，说事情 都砸在这两个无能的师团手上。连横山勇也对这两个师团十分气 愤，认为这两个甲种精锐师团，四五万兵力，还配有那么强大的 炮兵部队和轰炸机战队，竟然攻不下个衡阳孤城。况且城内仅有 中国军一个军，无论从人数上还是从武器装备上，都不及日军一 个师团。可见这两个攻城的师团素质之差，攻坚训练之不完善。
实际上，这两个师团一直是日军中的精锐。第68师团不用说， 自编入第11军以来，次次出战，都是当着刀刃在用；第116师团 因擅长攻坚作战，在1943年常德作战时，特地从第13军调到第 11军，师团长岩永中将曾肩负过统一指挥各师团进攻常德城的重 任。结果，在他指挥下，曾一度把常德城在地图上给抹掉了。
这两个师团在衡阳城不是打得不凶、不狠，而是中国军队的 顽强抵抗比他们更凶、更狠。
7月20日。
横山勇不得不再次下令停止攻城。
衡阳作战已快一个月了，日军最担心的远征军到现在也没出 现在湖南的大地上。
原来，当蒋介石签署远征军向北缅反攻的命令后，驻缅日军 为对付远征军，迅速抽调兵力，新设了第33军，统辖缅东北战事， 专门对付远征军的反攻。5月中旬以后，远征军两个集团军以及预 备部队和游击部队，从缅东北向西进攻，一举改变了英、印军在 东印英帕尔战场上的被动局面，从而扭转了缅甸战场的局势。
此时，中国远征军正在缅甸中部围歼日军，解放缅甸人民。
也就在这同时，美国对中国军队在豫中平原的失败和长沙的 失守，现在日军又推进到湘南，进攻衡阳，便认为中国军队在大 溃败，其原因是中国统帅部指挥无能。照此下去，中国将被打败。 而一旦日本灭亡了中国，则将对同盟国、乃至东西方反法西斯战 争带来不堪设想的后果。因此，“为了挽救中国”，罗斯福认为必 须立即改组中国军队最高统帅机构。
7月6日。
罗斯福致信蒋介石：我决定给史迪威晋升为上将军衔并希望你赶紧考虑把史迪威从缅甸召到中国，使他在你的直接指挥下统帅所有中国军队和美国部队，让他全面负责，有权协调和指挥作战行动，阻止日军的进攻浪潮。我认为中国的情况非常严重，如果不立即采取果断而适当的措施，我们的共同事业就会遭到严重的挫折……
蒋介石认为事情并非那么回事，拒绝交出指挥权。
方先觉指挥的第10军在衡阳的出色战斗，在关键时刻为蒋介 石和重庆统帅部争了光。
7月中下旬。
日本上层发生突变。由于日军在太平洋上的失利和衡阳城下 的败北，东条英机深感无力挽回其颓势。在国内军政界压力下，于 7月18日，宣布内阁总辞职。随即，小矶、米内联合内阁上台；东 条英机所兼内阁陆军大臣和大本营陆军部参谋总长等职务，也被 同时解除。第11军前司令官、在第三次长沙会战中被打得最惨的 阿南继任陆军大臣；关东军总司令官梅津美治郎大将，转任参谋 总长。同时，海军统帅部的一元化也宣告破产，首脑更换。
日军三攻衡阳城。
横山勇决心孤注一掷，投入更大的兵力，并亲自上阵督战，一 定要把衡阳这块骨头啃下来。
他向各兵团发出命令：一、第40师团南下，占领衡阳城西北角，阻击第六战区援军。
二、第58师团南下，加入北面攻城。
三、第13师团（已在衡阳南方耒阳附近）北上，与第68师 团一起共同攻打南门。
四、第3师团从茶陵转进耒阳地区，随时准备加入攻城作战。
五、第116师团仍攻打西门。
六、其他各师团和军直属部队，在湘江两岸，阻击来援的中 国军队，使其不能接近衡阳。
7月25日。
长沙至衡山的公路已可通车，日军汽车部从将三十六吨弹药 运至衡山，改由驮马辎重部队向衡阳转运，补充攻城部队。
这时，第64师团、派遣军直辖的松井部队和又一批野战补充 队兵员到达长沙，并从长沙南下，补充衡阳的师团。
第三次攻打衡阳城之前，配置于该城四周的日军部队是：北门：第58师团；军直辖炮兵部队（包括野战重炮兵部队、 100mm加农炮部队、150mm榴弹炮兵部队）。
西北角：第40师团。
西门：第1l6师团；炮兵第2联队：步兵炮队；速射炮队；南门：第68师团；