11月，侵華日軍大舉進犯國內獨山，貴陽告急，廖耀湘軍奉令空運回國增援，留下潘裕昆師編入新編第一軍。同月上旬，李鴻師完成對八莫日軍第二師團約一個聯隊的包圍，經過一個多月攻堅戰，攻克了日軍號稱至少能堅守三個月的八莫要塞，擊斃日軍守城司令官原三好大佐以下五千多人。
在李鴻師攻占八莫的同時，唐守治師繞過八莫，對南坎發動攻勢，奪取了南坎西北的南開。十幾天後，唐守治師前鋒第九十團與北上增援八莫的日軍遭遇，日軍集中兩個多聯隊的兵力強攻第九十團防守的高地，一天之內連續衝鋒十五次，始終不能越雷池一步。第九十團乘勢反擊，日軍丟下一千多具屍體和大量槍炮輜重，狼狽潰逃。
時間又進入新的一年，元月7日，孫立人軍完成了對南坎的包圍。15日，孫立人軍各部隊在坦克、炮兵和空軍火力的支援下，對南坎日軍發起猛烈攻擊。據守南坎外圍和城內的日軍，雖然拚死抵抗，仍難阻止中國軍隊的攻擊，死傷慘重。當天，唐守治師全部占領南坎。日軍殘部向南坎東北及東南方向潰退。第二天，唐守治師與日軍在湯康和巴鬆附近對峙。
與此同時，李鴻師主力沿滇緬公路進擊，同時派出一支部隊從右側山地向敵後挺進。幾天後，李鴻師先後攻克了芒友外圍的幾個據點，並與滇西遠征軍第一一六師第三四八團取得聯係，聯合發起攻擊，攻破芒友，滇緬公路就此全部打通。
同時，唐守治師攻取老龍。接著，李鴻師進占南巴卡。孫立人軍繼續猛進，經過二十多天的戰鬥，先後攻克弄樹、般尼、河勞、桃笑、貴街、芒利等地。然後，這兩個師合力攻占了臘戍。接下來，潘裕昆師占領了南圖，唐守治師攻克了猛岩。緬北會戰宣告勝利結束，中國駐印軍完成了消滅緬北日軍、打通中印公路的曆史使命。隨後，中國駐印軍各部隊相繼奉調回國。
在曆時兩年的緬北會戰中，中國駐印軍全殲日軍第十八師團和第五十六師團，重創日軍第五十三師團、第二師團、第三十三師團和第四十九師團，共擊斃日軍三萬三千多人，打傷日軍七萬五千多人，俘虜三百二十三人。繳獲大炮一百八十六門、戰車六十七輛和汽車五百五十二輛。中國駐印軍傷亡一萬七千人。
中國的機械化部隊成全了那些狂熱的日軍官兵的一個心願：“與緬甸的鮮花一起凋落。”
衛立煌說：“今天是會師東京的開始。”
1944年春天，太平洋戰事相對沉寂，而中國和印緬戰場卻是戰火連天。在中國河南與緬甸，抗日軍隊在和日軍較量。
在河南與平漢鐵路線，日軍用空軍掩護機械化部隊發起進攻。在英帕爾，日軍動用三個師團的兵力，發動大規模的戰役，攻擊中美英聯軍的印緬戰場後方基地，企圖扭轉日軍在緬北戰場的頹勢。
４月上旬，日軍攻占科希馬，包圍了英帕爾，英軍主力第十四軍團處境艱難，整個印緬戰場形勢嚴峻。這時候，如果中國遠征軍從雲南向日軍側背發動進攻，就有可能阻止日軍對印度的進攻，擴大緬北戰場的勝利。羅斯福總統寄望於出現這樣的局麵，致電蔣介石，要求他盡快派兵從雲南進攻印緬戰場的日軍。
蔣介石對使用中國軍隊投入決定性的進攻，顯得極為謹慎。他給羅斯福回電，明確地拒絕了羅斯福的要求。他說：如果再強行投入超出中國國力的戰鬥，“必將招致日軍入侵雲南、四川，以及新疆革命、山西赤化與最終全國赤化的局麵”。這裏麵當然有他自己的小算盤：如果他的嫡係部隊消耗了，將直接削弱他的個人勢力。
日軍對河南與京漢鐵路沿線的大規模攻勢，牽扯了蔣介石的兵力。所以，他隻派出第五十師和第十四師，空運增援緬北戰場。蔣介石這麽做，自然不會令華盛頓方麵滿意。羅斯福再次致電蔣介石，強烈要求雲南遠征軍開始反攻，電報說：“假若雲南軍不用於協同作戰的目的，則空運裝備、提供訓練教官等我方嘔心瀝血的廣泛支援，亦將失去意義。”
美國的壓力奏效了，蔣介石決定發動滇西大反攻。４月14日，何應欽簽署了“怒江攻勢命令”。霍揆彰的第二十集團軍和宋希濂的第十一集團軍分別將軍部移到保山瓦房街與板橋附近。遠征軍司令長官部也從楚雄移到馬王屯。蔣介石致電遠征軍，照例強調這次作戰的重大意義：“此次渡江出擊之勝負，不僅關乎我國軍之榮辱，且為我國抗戰全局成敗之所係。” 丘吉爾致電蔣介石，對中國決定發動怒江攻勢表示欣慰，說他會“佇候其進展之佳音”。
盤踞怒江西岸的日軍，兩年來既不能越過怒江天塹，又深恐中國軍隊反攻，隻得改攻為守。這一年春夏，本多政材看到怒江上空戰雲密布，預料中國軍隊將於近期發動進攻。他知道，“滇西遠征軍作戰，與以前在滇西的反掃**戰不同，將是一場防衛緬甸的生死攸關的重大戰役”。他命令日軍在怒江西岸各據點加固工事，準備與中國遠征軍決一死戰。
5月11日晚，集結在怒江東岸的兩萬多名中國遠征軍，在怒江一百五十公裏正麵十二個渡口，乘坐橡皮艇強渡怒江。霍揆彰集團軍首先派方天第五十四軍的第一九八師第五九四團在栗柴壩和孫足渡口渡過怒江，與原在怒江西岸的預備第二師遊擊營配合，攻占拉瓦寨。宋希濂集團軍主力仍在怒江東岸防守，擔任策應的各加強團則分別從各渡口渡過怒江，向指定目標遊擊牽製。第七十六師加強團在平戛街與日軍激戰，雙方損失慘重。13日，日軍大部分退向芒市，用一百多匹馱馬，各載屍體兩具，向西北逃竄，沿途鮮血淋漓，綿延五公裏。遠征軍逐次包圍了平戛，以掩護進攻主力霍揆彰集團軍的側背安全。
012
方天軍右翼第一九八師主力渡江以後，連克大寨和茶房，向位居高黎貢山險要地區的北齋公房攻擊。日軍在這裏仗著工事堅固，據險頑抗，第一九八師久攻不克，便用一支部隊正麵監視，主力從兩側繞越。16日，第一九八師在炮兵和飛機火力的支援下，一舉攻占馬麵關和橋頭。
21日，第一九八師主力對北齋公房再次發起攻擊，日軍鬆山佑三第五十六師團第一四八聯隊的一個大隊據險死守，雙方形成對峙。
方天軍左翼第三十六師渡江後，經過三天苦戰，一度進入大尖山，但被日軍擊退。霍揆彰命令第二線的周福成第五十三軍渡江，接替第三十六師的任務。周福成軍第一一六師和第一三零師午夜進攻，在火炮和空軍的支援下，兩天後攻占了大尖山和唐習山。
在十一天的時間裏，遠征軍渡過怒江，衝上高黎貢山，完成了渡江攻擊戰第一階段預定的目標。大霧為渡江行動提供了掩護，渡江十分順利，惟一的損失是十七名後援人員乘坐的船觸礁傾覆。
遠征軍渡江後，西岸民眾自發協助殺敵。渡江作戰是中國抗戰以來對日軍的第一次大反攻。美國陸軍部長史汀生說：“滇西遠征軍怒江出擊，是東南亞過去一周內盟軍作戰的重要新聞。”重慶方麵鑒於中國駐印軍已開始攻擊密支那，日軍難於在短期內調動大量部隊增援滇西，便命令遠征軍全部轉入渡江作戰。霍揆彰集團軍所轄周福成軍、方天軍和預備第二師為右翼攻擊軍，攻擊目標指向騰衝。宋希濂集團軍所轄王淩雲第二軍、黃傑第六軍和鍾彬第七十一軍為左翼攻擊軍，向龍陵、芒市方向實施戰役突擊。此後，滇西反攻進入第二階段，戰役集中在騰衝、鬆山和龍陵。
霍揆彰集團軍渡過怒江以後，向日軍占領的高黎貢山各個要隘持續攻擊，分別攻下南、北齋公房及明光、固東和江苴街，形成了對騰衝四路攻擊的態勢。
騰衝舊名騰越，是南方絲綢古道上的一座著名古城。騰衝城戰前有五萬人口，城牆周長約四公裏，高約七米，厚約四米，是用岩石築成的，堅固異常。日軍盤踞騰衝兩年多，在城內修築了三十多座重點堡壘，大街小巷，堡壘星羅棋布，戰壕四通八達，整個騰衝城變成了一座龐大而堅固的堡壘。
8月2日，遠征軍第三十六師開始向西南城牆攻擊，空軍開始轟炸，將城牆炸開一個缺口，攻城部隊在火炮和空軍火力支援下突入城內。5日，美軍飛機集中轟炸四周城牆，炸開十三處缺口。九天後，美軍飛機猛轟東門日軍守備隊本部，日軍第一四八聯隊長藏重康美大佐被炸死，由太田正人大尉代行指揮。經過反複爭奪，西南角的日軍全被殲滅。
17日，攻城部隊從西南角和南門西側陣地的城牆缺口陸續進入城內。預備第二師、第三十六師、第一九八師和第一一六師主力突入市區，展開巷戰。日軍室室設防，街巷堡壘處處開火，戰鬥空前激烈，遠征軍每天傷亡人數都在五百人以上。24日，遠征軍攻占西門陣地，9月1日，攻占東南角陣地，並先後攻克城內武侯寺、城隍廟、文星樓、縣政府和秀峰山等陣地。９日，日軍殘餘被遠征軍壓縮到城東北角一隅。
這時候，蔣介石發來訓令：“務必在‘九·一八’國恥紀念日之前奪回騰衝。”攻城部隊加強攻勢。12日夜，日軍指揮官太田大尉知道末日來臨，便向軍司令官和師團長發出淒慘的訣別電，燒毀軍旗和密碼本，破壞了無線電通訊設備，用殘餘兵力進行最後抵抗，結果全部被殲。五十多名殘敵趁深夜暴雨，向東門外偷逃，也全部被殲。到14日上午，城內零星的日軍已被肅清，騰衝完全收複，比蔣介石規定的期限提前了四天。
霍揆彰集團軍的戰報說：騰衝反攻戰打了大小四十多仗，斃敵聯隊長藏重康美大佐以下軍官一百多名，士兵六千多名；我軍傷亡官佐一千三百多名，士兵一萬七千多名。陣亡官兵和死難民眾，埋葬在騰衝國殤墓園，蔣介石、於右任和何應欽等人撰寫了挽聯。
在滇西反攻的左翼，宋希濂集團軍於5月29日分別從攀枝花和畢寨各渡口渡江，分南北兩路攻擊龍陵和鬆山。
位於怒江惠通橋西北約六公裏處的鬆山，海拔二千二百六十米。滇緬公路從惠通橋向西，環繞鬆山過臘猛街，經過狹長起伏的岡嶺滾龍坡而到達龍陵。日軍用兩年時間在臘猛構築了十六座大堡壘群和五座小堡壘群，堡壘間都有隧道直通，還儲備了充足的糧服彈藥，工事極為堅固。鬆山據點與騰衝、龍陵鼎足而立，日軍必須死守。
6月2日，遠征軍從怒江東岸炮擊鬆山。４日，鍾彬軍新編第二十八師的主力開始向上鬆林陣地攻擊，第二天就占領了臘猛和竹子坡，同時切斷了臘猛與龍陵之間的滇緬公路。這樣一來，鬆山的日軍和師團主力之間，隻能靠無線電聯絡。此後三個月，鬆山的日軍一直處於四麵被圍的境地。
日軍憑借堅固的工事頑強抵抗，遠征軍的重炮連續命中鬆山陣地，仍然沒有打垮日軍。打了十九天，鍾彬軍已傷亡一千六百多人。司令長官部急派總預備隊李彌第八軍的精銳榮譽第一師開赴鬆山戰場，與新編第二十八師交替。鍾彬坐陣督戰。黃傑軍的新編第三十九師也南下到達鬆山附近。這時，惠通橋經過搶修，開始通車，汽車日夜把彈藥輸送到日軍陣地前幾百米的地方。
7月４日，遠征軍開始第二次攻勢，占領了日軍前沿陣地。在空軍配合下，大大殺傷了鬆山的日軍。但是，遠征軍還是未能前進。司令長官部又急派李彌軍主力第八十二師和第一零三師從昆明開到鬆山，衛立煌、宋希濂和美國的竇恩準將，都到鬆山前沿視察。20日，李彌組織了一個非常堅強的尖兵團，由師長暫任團長，團長暫任營長，各級軍官依次下降，開始第三次攻勢，
８月２日，遠征軍占領了幹路子陣地。日軍守備隊長金光為了提高士氣，挑選二十八名精幹士兵，組成挺進破壞班，身著中國便衣，趁夜襲擊遠征軍的炮兵陣地，炸掉了幾門山炮。此後，遠征軍仍以優勢炮火，在戰鬥機掩護下，主攻關山陣地。遠征軍用二十天左右的時間，把坑道挖到日軍關山陣地之下，使用三噸TNT黃色炸藥，施行大規模爆破，把鬆山日軍的核心堡壘完全摧毀。
９月７日下午，隱匿在山林中的日軍殘餘全部肅清。鬆山戰役打了三個多月，才告結束。當天，東京廣播電台說：“臘猛守軍全員玉碎。”
鬆山之戰艱苦卓絕。整個戰役使用兵力先後達到三個師，日軍死傷八百五十人，而遠征軍死傷為六千七百六十三人，也就是說，遠征軍用八命換日軍一命。黃傑在回憶錄裏談到其中的原因：“實以鬆山地形複雜，蜿蜒數十裏，敵人依據最強固之據點工事，憑險固守，雖經我空軍炮兵之轟擊，亦未能摧毀。”
攻克鬆山為遠征軍向龍陵、芒市和畹町的推進鋪平了道路。
滇西日軍丟失了騰衝和鬆山，隻剩下龍陵最後一個重要堡壘。這裏東距鬆山七十公裏，北距騰衝約一百公裏，沿途山巒起伏，地勢險要，卡著滇緬公路的脖子，戰略地位頗為重要。它是日軍在滇西和緬北的六大守備據點之一。日軍一旦失去龍陵，在滇西就無險可據了。日軍在龍陵周圍的高地，構築了大量永久性的堅固堡壘網群，在城內每一幢房屋都築有堡壘，每堵磚牆上都有槍眼。日軍準備在龍陵擋住遠征軍的西進。
龍陵之戰，前後出現三次反複。
第一次攻擊於６月５日開始。鍾彬軍第八十七師和第八十八師向龍陵發起攻擊，王淩雲軍第七十六師向平達進攻，直逼日軍鬆山師團的駐地芒市。6月10日，遠征軍先後攻克了鎮安街、黃草壩和騰龍橋，切斷了龍陵與芒市、鬆山和騰衝之間的公路，一度攻入縣城。城內隻有三百多名日軍，固守三個據點待援。
這時連降大雨，給空中補給和老百姓的騾馬運輸造成很大困難。遠征軍渡江以來所消耗的彈藥，未能及時補充，剩下的彈藥已不足以作戰。糧食也吃光了，戰士們用芭蕉根和山芋充饑。龍陵日軍趁機反撲，宋希濂命令第八十八師放棄龍陵附近的陣地，向東北撤退十二公裏，到達第八十七師的陣地，第一次進攻龍陵失利。
鬆山佑三迅速抽調騰衝兵力兩千多人和芒市兵力一千多人，火速馳援龍陵。雙方在黃壩和香菇嶺等地激戰，遠征軍調李彌軍榮譽第一師及新編第三十九師趕到，才轉入反擊。此後，遠征軍各部向前推進，占領了龍陵附近的日軍各個據點。
8月14日，遠征軍向龍陵發起第二次進攻，三十四架飛機和炮兵對龍陵轟炸，步兵發起猛攻。日軍荻尾少佐在轟炸中斃命。這次進攻，龍陵縣城東南的老東坡打得最為激烈。日軍在老東坡有二十多個堡壘，構築十分堅固。日軍使用爆炸性、燃燒性和糜爛性的十多種近距離攻擊武器進行反擊。經過六個日夜的惡戰，遠征軍衝鋒十六次，終於將老東坡的日軍消滅。新編第二十八師約有八百名官兵陣亡。遠征軍攻占日軍陣地後，發現日軍遺屍四百多具。
9月初，兩千多名日軍從芒市向龍陵撲來，各據點又先後淪入日軍手中。遠征軍急調後援部隊增援龍陵，穩定戰場形勢。此後，大堖子坡和南廠又遭到一千多名日軍的進攻，兩地相繼失守。上旬，第五軍高吉人的第二零零師從昆明趕來增援，闕漢騫軍第三十六師從騰衝南下龍陵，經過三天三夜血戰，才將原有陣地一一奪回。
當日軍在龍陵向遠征軍大舉進攻時，鬆山和騰衝兩個戰略要地已被克複，日軍對緬北采取守勢、對滇西采取攻勢的“斷作戰”計劃已經失去意義，本多政材含淚終止原定方案，下令各部停止進攻。
10月29日，中國遠征軍各部在炮兵和空軍協同配合下，向龍陵發起第三次總攻。11月1日，各攻擊部隊向中央合圍，在三百門大炮和美國空軍協同下，一舉攻占日軍在城中的核心據點觀音寺。第二天，占據了城西製高點，日軍殘部在遠征軍三麵合圍下沿滇緬公路向芒市潰逃。遠征軍收複了龍陵。
黃傑在評述龍陵戰役時寫道：“此役我曾經過三次攻略，敵亦曾經過兩次增援反攻，為全戰役中時間最長、兵力最多、戰鬥最慘烈之會戰。計敵共死傷一萬零六百二十名，我軍共死傷二萬八千三百八十四名，約一與二點七之比。”
新年的第二十七天，中國遠征軍、駐印軍和盟軍的歡呼聲匯成一片，三支隊伍在芒市會師。
滇西戰役打了八個月又十六天，全殲日軍鬆山師團，部分殲滅日軍第二師團和第五十三師團，日軍二萬一千零五十七人死傷和被俘。中國軍隊出動七個軍十四個師和其他特種獨立團共十六萬多人，傷亡、失蹤共六萬七千四百六十三人。日軍與遠征軍的傷亡比例是一比三。
1月28日，中國遠征軍和中國駐印軍經過中印公路旁的小鎮苗斯，在這裏舉行了會師典禮。中國遠征軍在通往祖國的路上豎起白布橫幅：“歡迎駐印新軍凱旋回國!”在旗杆下麵，衛立煌和索爾登各自說了一句話，令盟軍振奮，令日本人膽寒。
衛立煌說：“今天是會師東京的開始。”
索爾登說：“到東京會師去，讓兩國的國旗飄揚在東京上空。”
他們的講話被官兵們的呐喊淹沒。典禮結束，中國遠征軍啟程回國。中國駐印軍為確保中印公路的安全，返身攻打臘戌。三年來，滇緬戰爭令世界注目，這時終於劃上了句號。
中日戰爭史上規模最大、時間最長的一次戰役在豫中開始。
1943年11月24日，美國空軍利用空中攝影，確認台灣新竹日本海軍航空基地有七十五架日軍飛機。美軍當晚就在中國大陸遂川機場秘密集結。25日，三十架美軍戰機避開雷達警戒，低空飛越台灣海峽，偷襲日軍機場，炸毀日軍飛機四十七架。
中日甲午戰爭以後，日本一直把台灣視為本土。這次受到來自中國大陸的空襲，日軍大本營深為震動。這件事，標誌著美軍對日本本土的進攻已經為時不遠。
11月28日至12月1日，斯大林、羅斯福和丘吉爾在伊朗首都德黑蘭舉行了戰爭期間第一次首腦會議。斯大林在會上承諾，在歐洲戰爭結束後半年左右，蘇軍參加對日作戰。會後發表了三國《德黑蘭宣言》。
這時候，太平洋戰爭的始作俑者日本，已是疲態畢現，敗局難逃了。日軍的海上交通線，已經受到嚴重威脅，隨時有被美軍切斷的可能。日本在南方的五六十萬大軍，有陷入無後方作戰的危險。為扭轉敗局，日本加速製訂所謂的“一號作戰計劃”，力圖在打通大陸交通線的同時，摧毀美軍在華中與華南的主要空軍基地。
日軍困獸猶鬥，還要孤注一擲。
1944年剛到，日本天皇就批準了日本中國派遣軍的《一號作戰草案》。1月24日，東條英機下達一號作戰命令。日軍計劃在4月份左右發動平漢線作戰，時間約為一個月左右；大約在6月份從武漢發動湘桂作戰，8月左右從廣東發動湘桂作戰。參戰總兵力約為十到十二個師團和兩個航空師團，時間約為五個半月。如果情況允許，在1945年初攻占南寧附近，打通並確保桂林至越南諒山的交通。
到4月初，日軍先後從內山英太郎的第十二軍、吉村貞一的第一軍、橫山勇的第十一軍和永津佐比重的第十三軍抽調共約四個師團、四個獨立旅團、一個坦克師團及一個騎兵旅團，總計約十五萬人，由華北方麵軍司令官岡村寧次指揮。
4月18日0時，長野祐一郎的第三十七師團和多賀哲四郎的獨立混成第七旅團在河南開封以西中牟一帶渡過黃河，向蔣鼎文第一戰區河汜守備部隊發起猛攻，經激戰後突破劉昌義暫編第十五軍陣地，分路向鄭州、新鄭、尉氏和洧川等地突進，21日攻陷新鄭和尉氏，劉昌義軍和第二旅、第三旅退守許昌西北地區，日軍23日占領鄭州，24日攻陷密縣，吳紹周的第八十五軍轉守西方山地，阻擊日軍進攻。
在河南北部，林芳太郎的第一一零師團和本卿義夫的第六十二師團在4月19日早晨向防守邙山頭陣地的吳紹周軍發起攻擊。21日突破河防陣地後，侵占廣武和汜水，22日又攻陷滎陽。24日，從滎陽南下的日軍林芳師團與從郭店西進的日軍長野師團占領密縣，並繼續向西南方向進攻。這時，第一戰區孫蔚如第四集團軍防守該地的部隊退守滎陽、密縣以西的虎牢關至馬駒嶺一線，阻止日軍西進。
25日，日本第十三軍的兩個旅團，從安徽正陽關和鳳台攻向阜陽，做出向河南漯河進攻的態勢，以牽製河南東部的中國軍隊。在日軍打通平漢鐵路以後，他們又原路撤回。
從26日起，中國軍隊以王仲廉的第三十一集團軍主力向密縣附近的日軍實施反擊，逼迫日軍改取守勢。激戰到30日，日軍後續兵團竹下義晴的第二十七師團、山路秀男的戰車第三師團及藤田茂的騎兵第四旅團已集結在密縣和鄭州地區，迅速向禹縣、襄城和許昌等地猛攻，與李仙洲的第二十八集團軍和王仲廉集團軍展開激戰。5月1日，日軍攻陷許昌，並以山路師團和藤田旅團向襄城和郟縣突進。3日淩晨，日軍侵占郟縣和禹縣，4日攻占臨汝，6日再陷登封、寶豐和魯山，日軍先頭部隊進抵洛陽以南龍門附近。為了阻滯向龍門突進的日軍，第六戰區急調劉戡兵團進至龍門、伊川和嵩縣一帶，暫時穩定了戰局。
7日，從許昌南犯的日軍竹下師團攻占郾城和漯河。同一天，從信陽北進的日軍獨立步兵第十一旅團攻占遂平。8日，日軍南北會攻奪占西平，打通了平漢鐵路。此後，日軍集中主力向洛陽進攻。
日軍的林芳師團、本卿師團、山路師團、藤田旅團和多賀旅團，分別從登封、禹縣、郟縣和寶豐地區，向龍門和洛陽實施包圍迂回。同時，日軍三浦忠次郎的第六十九師團和小原一明的獨立混成第三旅團，從晉南垣曲南渡黃河，9日侵占澠池，威脅洛陽側後，完成了對洛陽的三麵包圍。
中國第一戰區調整部署，除仍以武庭麟的第十五軍及第九十四師固守洛陽外，令孫蔚如集團軍和劉戡兵團分別撤到洛陽西南的韓城和宜陽地區集結，準備側擊從澠池向洛陽和洛寧進犯的日軍。13日，郾師和龍門的各路日軍會合在磁澗地區，向集結於洛陽外圍的第一戰區部隊攻擊，李家玨的第三十六集團軍等部便先後從澠池附近向西轉移，日軍隨即尾追，向西突進，於17日進占洛寧，18日攻陷郟縣，20日占領盧氏。
這時，洛陽守軍已陷於孤軍苦戰。中國軍隊為挽救戰局，擊破日軍的攻勢，李宗仁第五戰區部隊和蔣鼎文第一戰區各兵團協同，對日軍實施反突擊，先後一度攻克遂平、魯山和嵩縣，進迫寶豐，截斷平漢線。西進日軍側背受到威脅，不再繼續向縱深進攻，便放棄盧氏，退守洛寧，將主力向東調動，鞏固已經占領的地區。
5月19日，日軍集中本卿師團、山路師團和藤田旅團等主力部隊開始向洛陽發動進攻，中國守軍頑強抗擊，使日軍攻擊受挫。22日，日軍三次攻入洛陽城關，都被中國守軍趕出城外。23日，日軍把進攻重點放在洛陽北麵。在日軍的持續攻擊下，洛陽守軍傷亡慘重，第九十四師隻剩下一千七百多人，但他們拒絕了日軍的勸降，堅守陣地。24日下午1點，日軍向洛陽發動總攻擊，攻破洛陽東北角。洛陽守軍被迫於當晚10點向洛陽東南突圍。25日，洛陽失陷。
以洛陽被日軍占領為標誌，曆時一個多月的豫中會戰結束。日軍在這次會戰中打通了平漢線，擊潰了蔣鼎文第一戰區主力，達到了作戰目的。第一戰區損兵折將達二十萬人之多，丟失三十八座城市，河南省幾乎全部淪陷。劉昌義軍第二十九師師長呂公良，該師第八十五團團長楊尚武，第八十七團團長李培芹，第八十六團營長胡光耀，第八十七團營長何景和，以及第二十九師全體士兵，都在戰場上犧牲。李家玨和他的集團軍總部副官處長周鼎銘以及步兵指揮官陳紹堂，也在戰鬥中遇難。
長沙戰場形勢劇變，蔣介石的戰略意圖成為畫餅。
盡管中國軍隊在緬北和滇西捷報頻傳，但是中國內地的正麵戰場上，戰況對中國非常不利。日軍“一號作戰”的第一階段，竟然在豫中會戰中出乎意料地順利，這是一個非常令人費解的現象。
東條英機在1944年3月，命令他的老上司畑俊六實施 “打通大陸走廊”的計劃時，從偽滿和日本國內向中國大量增調兵力。日軍攻占了約二百公裏的黃河南岸，中國守軍付出了巨大代價，損失慘重。第一戰區司令長官蔣鼎文嚐到了“走麥城”的滋味，寫下了軍伍生涯中最難堪的絕筆。副司令長官湯恩伯也被撤職。
日軍自然很快就轉入“一號作戰”的第二階段。如果說，中國軍隊在豫中會戰中失利是因為對日軍的力量估計不足，那麽這一次應該有所警覺，有所作為，積極挫敗日本向南推進的計劃，然而，接著發生的長沙、衡陽會戰的結果，更加出乎國人的意料之外。
5月25日，日本中國派遣軍總司令官畑俊六和第五航空軍司令官山下琢磨，在參謀人員陪同下飛抵武漢，將戰鬥指揮所推進到漢口，以便就近指揮“一號作戰”第二階段作戰。
在此之前，橫山勇已將他的第十一軍主力悄悄集結到長江沿岸。新征招的十萬補充兵，外加戰馬四萬匹，已順利地從日本國內運達武漢，補充和加強第十一軍的戰力。在東京擔任防空的最新四式戰鬥機第二十二戰隊，也抵達廣東和武漢的機場。另外，新調來落合甚九郎的第二十七師團和坦克第三師團一部，南下集結在武漢地區。
在漢口日軍第十一軍司令部，召開了日軍參戰部隊兵團長會議。
畑俊六說：“我方投入長沙和衡陽作戰的兵團，有第十一軍七十個大隊；第一軍第三十七師團、第十三軍第六十四師團、獨立步兵第五旅團和三個野戰補充隊，共三十個大隊；華北方麵軍坦克第三師團一部，第二十七師團等部三十個大隊；華南方麵軍二十個大隊。地麵陸軍部隊共計一百五十個大隊。另外，還有第五航空軍、兩個飛行師團、海軍艦隊和陸戰隊協同作戰。這是自我軍對中國開戰以來，使用兵力最大的一次作戰！”
他接著說：“敵第九戰區部隊加上第六戰區可能增援的部隊在內，在我軍進攻長沙時，可用兵力約為四十個師；我軍進攻衡陽時，預計敵方交戰兵力為五十五個師。區區五十五個師，在我強大的步空兵團麵前，何足為慮！
“本次作戰，攻克長沙是重要一環。但我軍此次所用兵力，長沙一舉可破，不成問題。我所擔心的是我軍攻克長沙之後，向衡陽進攻時，中國遠征軍可能回援反攻。因此，在遠征軍到來之前，能否攻下衡陽，是本次作戰成敗的關鍵。所有參戰兵團，務必重視作戰速度。陸海空軍緊密配合，快速推進，搶在遠征軍到來之前，一舉攻占衡陽城！”
接著，他宣布，戰場總指揮由橫山勇擔任。
橫山勇的幾名前任，其中岡村和阿南曾指揮第十一軍同薛嶽的第九戰區進行過三次長沙會戰，三次都是以第十一軍的失敗而告終。橫山勇認真研究了前三次失敗的原因，分析第九戰區的作戰特點，製定了第四次進攻長沙和進攻衡陽的作戰方案。他決定將兵力分為兩個梯隊，前後兩次出擊，針對攻擊目標發動波浪式交替攻擊。他要將強有力的精銳部隊擺在兩翼，造成對方中心地區的空虛和孤立，攻而奪之。
畑俊六把進攻長沙的日期定在5月27日——1904年的這一天，日本海軍在對馬海峽打敗了沙俄的波羅的海艦隊。
5月中旬，王陵基集團軍第三十四師第一零一團團長駱湘浦匆匆趕到薛嶽的司令部，向他報告一個十萬火急的情報：“據劉立藩傳來的情報，日軍正在武漢地區大量集結，征集民工，準備向長沙大舉進攻。日軍吸取了前三次長沙會戰從正麵進攻失敗的教訓，這次將以大兵團從湘贛邊境插入，指向株洲以南，圍殲長沙外圍我軍機動部隊。”
劉立藩是汪偽政權的武昌市長，是重慶軍統打入日偽營壘為抗戰服務的特務，他的情報一向較為準確。但是，這並未引起薛嶽重視。他認為，日軍在太平洋戰事吃緊，急於從中國抽兵南下。再說，日軍調集了華北和武漢的兵力，正在進攻豫中平原，不可能再有大兵團向武漢集結。還有，目下正值夏季，湖南的稻田、堰塘和江河湖泊都蓄滿了水，最不利於機械化部隊行動。薛嶽相信，日軍不可能在這個季節向長沙進攻。
薛嶽並不知道，日本在1944年初猛然擴編和新增了三十二個師團。這個數量，相當於日本1943年兵力總數的一半。他們當然有能力在進行豫中會戰的同時，增派兵力到中國，進行長衡會戰。
又過了幾天，楊森集團軍第二十軍軍長楊漢域來長沙向薛嶽報告：“本軍在臨湘敵後打遊擊的一個營，近幾天接連向軍部報告，日軍已在臨湘、嶽陽一帶大量集結兵力，準備進攻長沙。情況異常嚴重！”
薛嶽付之一笑，認為是下級軍官被日軍迷惑，大驚小怪。他傲慢地說：“經曆了第三次長沙會戰，日軍還敢向我戰區進攻嗎？何況豫中大戰仍在進行，日軍必然在長江岸邊虛張聲勢，向南佯動，以牽製南岸部隊。”
第二天，機要秘書送來重慶軍委會十萬火急軍情通報：現已證實，有大量日軍集結在湖南北部和湖北東部的南通和崇陽一線，目前正向南移動占領前進陣地，準備大舉進攻長沙。薛嶽看了，大吃一驚。
當夜，第九戰區長官部召開緊急會議，研究禦敵方案。會上爭論激烈。以戰區代理參謀長趙子立為首的人認為：日軍進攻豫中平原所動用的兵力，規模空前，從目前得到的情報看，日軍進攻長沙的兵力也是規模空前，又加上日軍有三次長沙會戰吃敗仗的教訓，必然采用新的方法來攻。因此，必須製定新的作戰方案。以薛嶽為首的人堅持認為，日軍可能用較大兵團來攻，但決不是所謂規模空前，大得可怕。同時，這山這水這地，仍是以前的模樣，日軍在這樣的環境中作戰，縱有千變萬化，也逃不脫“天爐戰法”的天羅地網。
最後，當然是薛嶽的意見占了主導，仍按老辦法布置兵力迎擊日軍。薛嶽隻接受了別人的一個教訓，就是不久前蔣鼎文的長官部被日軍打掉，使第一戰區陷入大混亂。為防萬一，他決定將戰區長官部轉移到長沙以南約二百公裏的耒陽。
薛嶽部署完畢，就帶著長官部人員去了耒陽，同時將第九戰區的兵力部署和作戰計劃上報軍委會。
薛嶽剛到耒陽，就收到何應欽和白崇禧的電報。電文說，第九戰區對敵情的判斷不合實際，過分樂觀，兵力部署存在問題，必須迅速變更。
薛嶽沒有理睬上麵的命令。但是，白崇禧發了電報，還不放心，又給薛嶽打電話：“根據掌握的情報，日軍在湘北集結的兵力，大大出乎我們的預料，其戰力絕非到長沙就達極限，就是到了衡陽也未必達到極限。我和何應欽總長的意見是，放棄長沙，固守衡山，在淥水以南與敵決戰。”
薛嶽說：“長沙是湖南省的中心，第九戰區在這裏部署數十萬大軍，如果不守長沙，有何顏麵見湘中父老？長沙必須死守，主力在淥水以北瀏陽以西地區與敵決戰！”
白崇禧說不動薛嶽，兩人在電話裏吵起來。
薛嶽想，你白崇禧純粹是蹲在重慶瞎指揮。想想1939年9月第－次長沙會戰，你和陳誠跑來淥口，不是也說長沙守不得嗎？結果怎麽樣？三次長沙會戰都打下來了。按我薛某人的辦法，次次凱歌高奏，你蔣委員長，你軍委會的大員，也得次次為我頒發勝利勳章。
白崇禧深知薛嶽是個牛脾氣，要說服他實在太難。前三次長沙會戰的戰績蒙住了他的眼睛，別人更難動搖他的判斷。要論湖南的戰事，最有發言權的當然是他薛嶽。何應欽和白崇禧隻好默默禱告，但願一切都如薛嶽預料的那樣發生了。
5月27日拂曉，日軍的鐵蹄又踏上湘北大地。橫山勇指揮第一線兵團發起了攻勢。
日軍左路兵團，由山本師團和赤鹿理師團從崇陽沿湖南和江西邊界的山嶽地帶向南**。第二梯隊為落合師團等部。
日軍中路兵團，由佐久間師團和岩永旺師團從嶽陽地區突破第二十軍防線，直向長沙撲來。第二梯隊為毛利末廣的第五十八師團和伴健雄師團。
日軍右路兵團，由宮川清三的第四十師團、獨立步兵第一零六大隊、峰川建一的獨立混成第十七旅團、獨立步兵第五旅團、軍直轄針支隊、海軍艦隊和陸戰隊等部隊從洞庭湖水域向南進攻。
前線已在激烈戰鬥。
在長沙的湖南大學，守衛長沙城的張德能第四軍、戰區特務營和炮兵第三旅，正在開一個三方會議，研究兵力配備和步、炮兵協同作戰。張德能、趙子立和王若卿分別是這三支部隊的長官，薛嶽責令他們三人守城，卻沒有明確誰是統帥。三馬同槽，職責不明，誰也管不了誰，指揮難免混亂。他們都認為日軍將以大兵團進攻長沙，但在兵力部署上各執己見，相持不下。
趙子立說：“長沙隻應作為一個持久的防禦點來遲滯、消耗敵人有生力量，以爭取時間，以利於我機動部隊的集結與決戰。因此，應將第四軍的兩個師和炮兵置於城西嶽麓山，一個師放在城裏。隻要嶽麓山陣地能確保，長沙城就可確保，就是在長沙城不能確保時，由於主力在嶽麓山這邊，也可掩護城裏那個師西渡湘江，免遭日軍殲滅，向西或向南撤退也來得及。”
張德能的意見與趙子立針鋒相對，主張將主力放在城內死守。他決心親率兩個師住進城去，一個師放在嶽麓山。
雙方爭執不下，張德能搬出薛嶽來壓人，說：“第四軍將主力放在城裏，是薛長官的指示。”
張德能是第四戰區司令長官張發奎的侄兒，與薛嶽的關係自然密切。他沒把趙子立放在眼裏，要按自己的主張行事。他將第九十師放在嶽麓山這邊，自己率領第一零二師和第五十二師住進城裏，軍指揮部設在城內坡子街中央銀行的防空洞內。
6月6日，日軍右路兵團突過洞庭湖水係，占領沅江，將第六戰區南下救援的王耀武集團軍阻擊於益陽地區。日軍繼續南下，於16日攻占長沙西麵戰略要地寧鄉。
中路日軍的兩個師團，突破新牆河南岸的守軍第一道防線，一度包圍第一三三師，並企圖包圍殲滅楊森集團軍總部和楊漢域軍主力。楊漢域軍另外兩個師前往救援，打破日軍包圍，楊漢域軍主力和楊森集團軍總部才從平江退向左側，企圖向瀏陽地區靠攏。
中路日軍第一線兵團長驅直下，在6月8日就抵達長沙城郊，僅以一部分兵力攻打長沙城，主力繞過長沙，繼續向南推進。
中路日軍第二線兵團伴健雄師團和毛利師團，在一線兵團掃清的通道上快速推進。13日，伴健雄師團與右路軍的誌摩支隊和針支隊會合，共四萬多兵力，從長沙北麵突然西渡湘江，迂回攻打嶽麓山守軍。而毛利師團也在這時抵達長沙城下，迂回到西南方，向長沙發動猛攻。
此時，日軍左路的第一線和第二線兵團，夾擊和圍攻瀏陽地區的中國守軍機動部隊王澤浚第四十四軍、傅翼第七十二軍、魯通源第五十八軍和羅奇第三十七軍，打得這幾個軍亂成一團，紛紛向江西邊境突圍潰退。
整個戰區亂了陣腳，陷入被動挨打的局麵。
薛嶽急得頓足捶胸，叫苦不迭，隻得向各集團軍、各軍下令：“各部隊索敵攻擊。”
長沙城處於萬分危急之中，日軍兵團洶湧而來，其銳氣在推進途中絲毫未受挫折。
嶽麓山守軍力量單薄，在日軍連日猛攻下，漸呈不支狀態。
張德能這時才知道趙子立的意見是正確的。他想從城內抽一個師增援嶽麓山，但城內船隻早已派去疏散物資，無船可用。
16日深夜，嶽麓山外圍陣地失守，山上的炮火支援受到削弱。湘江東岸，日軍瘋狂地向城內猛撲，突破了城內部分核心陣地。
張德能麵臨的情況萬分險惡，如果嶽麓山失守，城內的兩個師將被全殲。他命令第一零二師搶渡湘江，增援嶽麓山。
戰況慘烈，從城裏撤退的第一零二師官兵，以為是從長沙撤退，擁到江岸時，便爭相渡江，秩序大亂。隊伍過江後，沿著嶽麓山至衡陽的公路退卻，張德能還蒙在鼓裏。
幾天來，他到城內各陣地督戰，成天被日軍飛機炸、大炮轟，早已疲憊不堪。那天夜裏，他將守城的任務交給第五十九師師長，帶著幾名衛士乘船過了湘江，準備親自去鎮守嶽麓山。他來到湖南大學，已是淩晨4點，走進屋子，一頭栽倒在地，呼呼地睡了過去。嶽麓山上百十門大炮的吼叫，也沒把他吵醒。
17日早晨，最先醒來的衛士看見外麵江邊上第一零二師的官兵往衡陽方向跑，趕忙推醒軍長。張德能勃然大怒，衝出去“砰砰”朝天放了兩槍，大聲吼道：“統統回來，不回來我槍斃你們！”但是晚了，該師大部已在天亮前撤退。
18日早晨，嶽麓山失守。
同一天，城內的第五十九師見嶽麓山被日軍攻占，失去了依托，隻好突圍出城，向瀏陽方向撤退。長沙失守。
蔣介石得知敗訊，十分震怒，連連責問：“第四軍是怎麽搞的，誰叫他們撤退？”他接到孫連仲第六戰區第二十四集團軍王耀武從湘北前線打來的電話，說他奉命率部增援長沙，被優勢日軍堵截在益陽地區。他曾打電話找趙子立請求任務，趙子立說，在守衛長沙的問題上，他和張德能意見分歧，張德能固執己見，將主力放在城內，看來長沙是守不住了。他身為戰區代參謀長，卻不能指揮長沙防衛戰，希望王耀武據實報告委員長。
蔣介石對張德能失守長沙怒氣衝天，立即下令：趙子立和張德能前往重慶，向軍委會匯報長沙作戰經過。
蔣介石要的兩個人剛到重慶，張德能就被軍法執行總監部逮捕下獄。後經軍法部審判，確認他在守衛長沙城的戰鬥中犯有罪行，判處死刑，於當年7月槍斃。趙子立在長沙守衛中被張德能架空，未負實際責任，免予追究。
長沙失守，蔣介石為確保衡陽，決定在淥水至衡山地區采取“中間堵、兩邊夾”的戰略手段，將長沙地區的日軍阻擋在淥水以北。他電令薛嶽迅速調整部署，達成以上戰略目的。
但是，由於戰場形勢劇變，蔣介石的戰略企圖變成了畫餅。
薛嶽接到蔣介石的電令時，第九戰區仍在執行“各部隊索敵攻擊”命令，實際上，是各部隊都被日軍追蹤攻擊，根本無法收攏兵力，組織實施蔣介石的戰略計劃。直到23日，薛嶽才與各部取得聯係，下達各自的集結地點和攻擊目標，但為時已晚了。
中路日軍第一線兵團，在第二線兵團圍攻長沙城時，便沿長沙東側繼續南下，好像是為了阻擊從衡陽北上增援長沙的中國軍隊，實際上另有他圖。當日軍第二線兵團剛剛攻下長沙，已經過一定休整和補充的第一線兵團，立即從株洲附近沿湘江兩岸向衡陽推進，行動迅速，一鼓而下。
在湘江東岸，佐久間師團瘋狂南進，到達衡山地區，與守軍打了兩天，於23日清晨搶渡洣水，當晚進抵衡陽東南郊區的泉溪，並連夜渡江。24日白天，該師團主力冒著美軍飛機的轟炸掃射，繼續強行渡江。
岩永旺師團與東岸日軍齊頭並進，於23日到達衡山地區，迅速突破守軍防線，26日抵達衡陽附近，迂回到衡陽城西郊。
同時向南突進的還有赤鹿理師團。它在日軍攻下長沙城時，從江西上栗突然南進，穿過萍鄉、攸縣和安仁等縣境，在衡陽東北方警戒井岡山地區的中國部隊，以保證進攻衡陽城的日軍的側背安全。
這三個師團的日軍，都是在中國軍隊企圖中間堵、兩邊夾的部隊尚未部署到位時，就順利突破了險峻地域，成功地打了一個時間差。
日軍快速部隊在衡陽郊區的進攻打響一天之後，楊森集團軍和王陵基集團軍才在淥水以北的湘贛邊境山地集結起約十五個師的兵力，向醴陵地區出擊。但是，這些部隊尚未充分展開，便遭到日軍三個師團的搶先攻擊，拳頭尚未捏攏就被衝散。
湘江西岸的王耀武集團軍，也沒料到日軍南下如此之快。本來要調集各軍與東岸的川軍夾擊日軍，可是還沒來得及集結部隊，東岸的川軍就被衝散了，而日軍已在攻打衡陽城，在此夾擊日軍已失去意義。王耀武便令李天霞第一百軍和施中誠第七十四軍各一部，跟蹤向南追擊日軍，又令其他各軍迅速向安化、新化和寶慶地區集結，準備去解衡陽之圍。
第四次長沙會戰是長衡會戰的第一階段，而長衡會戰又是日軍為援助南洋日軍而進行的打通大陸交通線作戰的重要組成部分。在第四次長沙會戰中，中國守軍多次打退日軍的進攻，給日軍以重創，但是由於薛嶽的輕敵和張德能的指揮失誤，未能阻擋日軍的大規模進攻。
對於衡陽失守，毛澤東有專門論述。
日軍越過了長沙，大西南最後一重門戶衡陽城，直接麵對著日軍滴血的刀鋒。岩永旺師團和佐久間師團，在兩翼策應下，對衡陽虎視眈眈。
這時候，在第十軍作戰室的隔壁，軍長方先覺叉腿立於房中，雙手反背，久久仰頭凝視著房頂，已達三個多小時。突然，參謀急急忙忙闖入，慌亂地大聲喊道：“快，軍座，委員長電話！”
方先覺一愣，一反以往的沉穩和寧靜，匆匆朝作戰室奔去。
“是方先覺嗎？”電話裏傳來蔣介石的聲音。
“報告委員長，我是方先覺！”
蔣介石對方先覺下令：第十軍在衡陽城中堅守十天到兩周時間，以阻滯、吸引和消耗日軍，配合外圍部隊，力爭將日軍擊潰或消滅在衡陽一帶。“此次衡陽會戰，關係到國家民族存亡，衡陽得失，尤為勝敗關鍵，希弟安心死守，餘必督促空軍，助弟完成空前大業。”末了，蔣介石加強語氣，別有深意地補充說：“方軍長，第十軍和衡陽城就交給你了！”
方先覺立正回答：“委員長放心，我一定忠於職守，效命黨國，人在城在，人亡城失。”
不久，日軍飛機飛臨衡陽上空，對衡陽市區狂轟濫炸。緊接著，由株洲、淥口沿湘江東岸南下的日軍，乘夜晚抵進衡陽城東三十公裏的泉溪市，第一九零師派在對岸的少數警戒部隊，對日軍稍作出擊，便撤回陣地，與日軍隔岸對峙。
第二天拂曉，日軍從泉溪市強渡耒水，向守軍的新碼頭前進據點發起進攻，開始外圍作戰。守軍拉開了衡陽保衛戰的序幕。
向新碼頭進攻的日軍，是剛打了勝仗的侵略者，十分驕橫，甚至不要火力依托，便組織汽船、橡皮艇和木船向西岸直駛。守軍營長楊濟和看到日軍驕狂，氣不打一處來，決定放棄撤退的計劃。他認為，與日軍初次接觸，不戰而退，會助長日軍氣焰，影響本軍士氣。他命令部隊在陣地內隱蔽，待日軍半渡至河中心時，再聽令開火，使日軍進不能、退不及。
日軍乘船剛過河中心，楊濟和猛地跳出塹壕，大喝一聲：“打！”順手搶過一挺機關槍，端起來，對準河中心射擊，機槍子彈與他身邊六門戰炮發射的炮彈，疾風暴雨般向敵群傾瀉。一艘正在疾駛的汽艇，駕駛兵突然被一串飛蝗般的重機槍子彈掀去天靈蓋，身子倒下，帶動舵盤，汽艇便像被猛抽了一鞭的陀螺，在河中高速轉圈，日軍木船和橡皮艇被撞翻好幾艘。霎時間，中彈和落水的日本兵，如同下餃子般直往河裏滾。一路勢如破竹的日軍，突然遇到如此強烈的抵抗，一下子懵了，幾乎是本能地往後逃竄。
日軍拂曉渡河，強攻未果，便在午後用一部分兵力，隔河佯作進攻準備，而主力則悄悄繞到泉溪市以南渡河進攻。楊濟和識破了日軍的企圖，便朝西撤到離衡陽城東約六公裏的五馬歸槽據點。撤離時，部隊在日軍的有效射程內，日軍組織火力射擊，小鋼炮威力很大，導致守軍傷亡慘重，戰炮連副連長王惠民陣亡，成為衡陽保衛戰中犧牲的第一名軍官。守軍組織還擊，日軍傷亡、落水者大約三百人。
城外戰鬥打響以後，日軍飛機在市區上空呼嘯而過，一次又一次轟炸。衡陽市街多為木板房，天幹物燥，市區連日大火，在城內守備的預備第十師第二十八團團長曾京命令部隊占領城內最高建築點，用輕機槍封鎖空中，控製那些肆無忌憚的“大和空中英雄”，以保衛城內救火部隊安全。他還派出部隊專門撲火。方先覺巡視城防時，對曾京說：“你快成消防隊隊長了。”
日軍屢攻不克，便增加了火力支援。他們搬來在長沙繳獲的美製七五山炮，還出動空軍支援地麵進攻。守軍立即召喚衡陽城區的炮兵反擊。剛剛抵達衡陽的半個炮兵營，配備了六門美式七五山炮和兩千發炮彈，立即投入戰鬥。炮兵指揮官蔡汝霖和炮兵營長張作祥指揮開炮，炮彈呼嘯著越過湘江，打到東岸，在日軍陣線爆炸。
中美空軍的戰鬥機多次飛到衡陽上空，反複轟炸和掃射。在第四次長沙會戰和衡陽會戰中，中美空軍出動了六十八架轟炸機和一百一十三架驅逐機，共出動各種飛機四千五百多架次，奪取製空權，支援步兵作戰，並攻擊日本的陸軍和海軍，擊落和炸毀日軍飛機一百二十架，擊毀日軍船隻一千多艘，使日軍損失慘重。
第一零九師師長容有略走出地堡，指揮反擊。第五七零團團長賀光耀率領突擊隊反擊，不幸被日軍機槍子彈洞穿腹部。他捂住傷口，不讓腸子流出來，讓特務連長去叫副團長馮正之接替指揮，繼續抵抗。但是，部隊傷亡很大，一些新兵驚慌失措，加重了損失，到了下午，不得不放棄五馬歸槽，撤到範家坪和馮家衝一線。
日軍占領五馬歸槽後，主力從東洋渡過江西進。守軍頑強抵抗，未能阻止日軍的攻勢，日軍完成了對衡陽城的全麵合圍。
26日拂曉，佐久間師團的鬆山支隊突破守軍外圍陣地，抵達衡陽機場南端。這時，機場內的守備部隊已經撤離，隻在北端留有掩護撤退的部隊。日軍先頭中隊發起攻擊，搶占了機場。守軍撤退時來不及將機場完全破壞，方先覺一收到機場失守的報告，就下令反擊，命令部隊務必奪回機場，實施徹底破壞。
容有略指揮第五六九團突入飛機場。占領了機場的日軍對地形不熟，沒有料到守軍這麽快就來反攻，手忙腳亂了一陣。但他們很快就組織抵抗，塔台上火力交織，給攻擊部隊造成極大傷亡。容有略督促團長梁子超率隊衝鋒，梁子超身先士卒，部隊大受鼓舞，第二營前赴後繼，奪回了塔台。經過五小時激戰，梁子超團以傷亡兩百多人的代價，終於將日軍全部趕出機場。接著，部隊炸掉機場的所有設施，在跑道上每隔十米就挖一個五十厘米的坑，埋上一公斤炸藥。安排停當，容有略親手按下引爆雷管的電鈕，隨即響起一陣參差不齊的沉悶的爆炸聲，機場跑道炸毀了，地基震鬆，短時間內難以修複.
日軍支隊長得知機場得而複失，立即率部反擊。梁子超團奉方先覺的命令撤出機場。
日軍很看重衡陽的戰略位置，他們的指揮官對衡陽守軍戰鬥力的估計，存在很大的分歧。中國派遣軍參謀長鬆井久太郎專程趕赴長沙，督促橫山勇集中優勢兵力，以圖一舉攻破衡陽。橫山勇對此不以為然，認為日軍一路勢如破竹，連湖南省會長沙，中國軍隊的戰區長官部所在地，他隻動用兩個師團作為主攻力量，三天就攻克了。衡陽隻是一個中等城市，盡管有老對頭方先覺率第十軍防守，決不可能對日軍構成多大的障礙。
沒想到,戰事一開始就不順利，沿途遭到守軍有力抵抗，從26日到27日淩晨,日軍的進攻毫無進展。
橫山勇的對手方先覺就在二號防空洞指揮作戰，這裏離前線隻有三百米，日軍有好幾次衝到指揮所附近，方先覺仍然不撤。他在興致高漲時，就在陣前張開雙臂，高聲吟誦：“大風起兮雲飛揚，威加海內兮歸故鄉，安得猛士兮守四方。”他又說：“我們不出衡陽，是國家之所托，民族之所望，第十軍之所願。項羽敗垓下，我們要努力奮戰，爭如漢王威加海內兮歸故鄉。”方先覺的鬥誌感染了部隊，蔣介石隻要求第十軍“堅持十天至兩周”，第十軍卻頑強抵抗了四十七天。
佐久間師團在停兵山和高嶺受阻，佐久間為人大為惱怒，跑到前線督戰。他實地查看了一番，決定暫時不顧停兵山，專攻高嶺。日軍集中炮火向高嶺轟擊,步兵開始衝鋒，一直打到守軍李建功排全部陣亡，日軍才占領陣地。日軍調過頭來進攻停兵山。守軍把停兵山的山腳，削成了一丈多高的直角陡坡，上端全部豎著木樁，纏繞著鐵絲網，後麵才是縱橫交錯的掩體和壕溝。日軍先以排炮轟擊，將障礙物和工事炸平，步兵衝到山腳下，架起人梯往上爬。守軍第七連連長張田濤命令部隊沉著應戰，日軍多次衝鋒，都無功而返。
守軍傷亡也很嚴重，各層障礙物都被破壞，機槍管全打紅了，陣地上堆滿了彈殼，沒有時間清理，射手隻好不斷端著機槍轉換位置。日軍終究還是爬上了硝煙彌漫的陣地，張田濤連與日軍肉搏，幾番刺刀拚下來，隻剩下四個人，被逼退進堡壘。張田濤身受重傷，遍身是血，拿起電話向師長葛先才簡報戰況，語調淒涼：“我決定與敵人同歸於盡，今後我再也不能挨師長的罵了，再也看不到師長了！”
隨後，他右手持槍，左手舉刀，刀砍槍殺，身旁的日軍像風刮茅草般紛紛倒下。突然，一把刺刀捅過來，張田濤的身軀轟然倒下。
日軍攻擊越來越猛，停兵山與高嶺失守，使西南方向的主陣地壓力越來越大，守軍消耗嚴重。日軍懾於守軍的頑強，開始施放毒氣，防守五桂嶺南端的第二十八團第三營第七連官兵八十六人全部中毒身亡。為避免更大的傷亡，第三營全部轉入隱蔽工事。日軍施放毒氣後，戴著麵具，分成小組，快速逼近守軍陣地。守軍一聲不響，等日軍來到戰壕前，猛然躍出，扔出手榴彈，然後拚刺刀。日軍在五天中反複進攻，每次進攻被打退後，在前沿陣地丟下一排排屍體。五桂嶺、楓樹山和張家山一帶，一到夜晚便猶如幾座火山爆發，血與火在山上升騰。晚風中，血腥味和屍臭味陣陣湧來，令人心悸，催人作嘔。
激烈而殘酷的拉鋸戰，使日軍無法大幅度向前推進，日軍將領沉不住氣了。30日，第二十八團迫擊炮連連長白天霖在楓樹山觀測所持十倍望遠鏡搜索，發現正南方約八百米處的歐家町高地上，有一群人擁著幾個人在指指點點。
白天霖警覺地判斷，這一定是日軍高級將領在前線部署作戰。他來不及請示，便集中八門迫擊炮一齊射擊。爆炸聲傳來，人隨火光飛舞，炮彈命中目標。當時沒人知道，這一擊為第十軍堅守衡陽四十七天立下了怎樣的功勞，也沒人知道白天霖的當機立斷為中國軍隊贏得了怎樣的聲譽，在中國軍隊統帥部頒發的榮譽榜上，也沒有白天霖的名字。直到戰後，人們才從日本的戰史上得知，這次炮擊打中了佐久間師團的所有首腦人物，左久間為人重傷，在送往武漢的途中斃命；師團參謀長和所有聯隊長都身負重傷，其他幕僚也沒有幸免，這個師團的指揮全部癱瘓。橫山勇電令岩永旺兼顧指揮佐久間師團。岩永旺自顧不暇，又不熟悉佐久間師團的情況，隻好層層指示代理人，日軍的攻勢頓時減弱。
激戰七天，日軍傷亡在八千人左右，守軍減員三千人以上，陣地經過反複爭奪，防禦工事多數遭到破壞，下一步防守增加了難度。30日，日軍向張家山發起更為猛烈的進攻，徐聲先率領第二營接防後，部隊傷亡已達百分之七十以上。徐聲先身先士卒，大呼：“弟兄們，殺啊，守住張家山就是守住衡陽！”徐聲先和部屬沒來得及趕走日軍，已全部陣亡。在徐聲先陣亡的前兩天，軍部上尉參謀陸金城寫信問候他，告訴他軍部已在為他請功，望他繼續殺敵，爭取更高級的勳章。徐聲先在陣地上匆匆寫了幾句話回複：“我不是為勳章而戰，我倒要在此槍林彈雨之中，衡量一下日本這個將落的太陽。”
橫山勇做夢也沒有想到，他原來以為一天之內便可踏平衡陽，結果動用了兩個師團四萬多人的大軍，苦戰兩周，死傷近半，連衡陽城的大門都沒有看到。日軍部隊大量減員，糧食彈藥隻有四天的儲備，後方運輸線時通時斷，供給難以保證，橫山勇隻好將全麵進攻改為騷擾式的重點進攻，多數建製部隊整補待援，準備第二次總攻。
7月11日清晨，沉寂的大地突然開始**，日軍陣地躥起一道道藍影，在晨光中飛旋著，撲向中國守軍的陣地，濺起一團團火光，空氣中充斥著連珠般的爆響和炮彈的尖嘯。大炮響過，日軍第五航空軍主力飛臨衡陽上空，兩個轟炸機大隊在一個戰鬥機飛行團掩護下，對市區和城西山頭的陣地反複轟炸和掃射。近十個小時多梯次的輪番轟炸，幾乎全部摧毀了守軍外圍陣地上的據點、工事和戰壕，炸斷了城內每一條有線通訊，守軍司令部與各師、各團及前沿陣地失去了聯絡，各部隊之間，哪怕近在咫尺，也隻能靠傳令兵來回聯絡。方先覺下令搶修通訊係統，冒著炮火上前沿巡視督戰。黃昏降臨時，日軍已經向守軍陣地壓過來。
兩軍連續拚殺五晝夜，傷亡都很慘重。日軍終於撞開了張家山與虎形巢這兩扇大門。這場攻防戰，進入了守軍極其艱難的相持階段。第十軍彈藥匱乏，糧食短缺，缺醫少藥，痛苦和死亡在考驗著這支軍隊。
第十軍內缺補給、外無援兵，與多出近三倍兵力的兩個日軍主力師團和部分配屬部隊，奮戰了一個多月，已是精疲力竭，如果再無援兵，日軍就會打進城了。方先覺和副手們每夜站在中央銀行防空洞上麵，希望聽到城外援軍與日軍交鋒的槍聲。蔣介石、薛嶽和李玉堂，在衡陽守軍最艱苦的時日，幾乎每天都在向方先覺許諾：援軍馬上就到，很快就會解圍。但是，守軍隻聽雷響，不見雨來。幾十天過去了，連個援軍的影子都沒看到。
援軍的行動實在是過於遲緩。王耀武集團軍施中誠軍的主力長時間滯留在常德，而從廣西抽調出來的黎行恕軍主力，直到會戰進入尾聲才到達戰場，臨到緊要關頭全部西撤，被日軍各個擊破。王本甲軍按照蔣介石的命令接防衡陽近郊，意在遲延日軍向西南進攻的腳步。王本甲指揮第七十九軍撤退，在白地市近郊遭遇日軍，寡不敵眾，王本甲本人空手搏白刃，血灑荒嶺。
總之，第十軍戰鬥到最後一刻，也沒把援軍盼到衡陽城下。
參與衡陽會戰的日軍，辜負了東條政權的期望，小小的一座衡陽城，膠滯住幾十萬一貫自以為無堅不摧、無往不勝的“大日本皇軍”的腳步，而日軍在太平洋戰場又連連失利，東條英機深感挽救頹勢無望，國內主戰派責備他無能，反戰派指責他瘋狂，各種力量迫使東條內閣下台。
8月4日，橫山勇指揮日軍發起第三次總攻。
日軍的轟炸機，一批接一批出動，對衡陽市區和城郊尚存的守軍陣地，實施地毯式轟炸，一直延續到第二天拂曉。衡陽城像汪洋中的一艘破船，在炮聲、炸彈的爆炸聲中震顫，搖晃，顛簸。
日軍各路部隊在驚天動地的喊叫聲中，向守軍陣地發起攻擊。除江防及蒸水方麵外，守軍陣地的每一區域都遭到日軍自殺似的衝鋒。守軍許多官兵被日軍炮火埋葬了，僥幸沒被炸死的，沒被鋪天蓋地的土石煙塵深埋的，待日軍炮火一停，馬上掀掉身上的泥土，繼續用手榴彈和刺刀反擊日軍。