衡陽保衛戰是長沙陷落後，蔣介石在湖南的最後底線。蔣介石在衡陽被圍後，派出大批軍隊救援，還跟方先覺說：“希弟安心死守，餘必督促陸空軍助弟完成空前大業。”衡陽之戰慘烈到屍體多的擡不走，日本首相引咎辭職。竟然扛了這麼久，那外圍援軍去哪了？這事要問1947年的張靈甫。
1944年6月1日，方先覺進入衡陽布置防禦。方先覺的10軍可不是普通部隊，是接受美械裝備的五大軍之一，跟74軍齊名的部隊。6月23日，侵華日軍橫山勇指揮第68、116兩個師團5萬多人開始對衡陽發動進攻。但是，美械軍可不是白給的。橫山勇名字有個勇字，但是在第10軍面前吃了癟。
打到了6月28日，第10軍沒啥事，日軍第68師團倒是打殘了。經過幾天激戰，第68師團大量聯隊長、中隊長陣亡，整個師團都被打廢了。打成這個樣子，日軍可不幹了。我“大日本皇軍”啥時候吃過這虧？橫山勇臉上挂不住了。
在調整兵力後，日軍在7月11日增加了四個重炮大隊和兩個迫擊炮大隊後，再次對衡陽發動了猛攻。這次進攻很奏效，經過橫山勇的優秀指揮，日軍損失8000人，陣亡一名聯隊長以及八名中隊長，衡陽城巋然不動。氣急敗壞的日軍甚至用了毒氣彈，但是第10軍用濕毛巾堵住口鼻，繼續與日軍戰鬥。
到了7月15日日軍奪下新街道陣地，利用河對岸的房屋集結，準備對衡陽發動進攻。我第10軍官兵利用火攻将房屋燒毀。由于放火的六名勇士在日軍火力封鎖下無法回到陣地，就與五十幾名日軍同歸于盡。戰鬥都打到這個份上，實際上方先覺已經完成了老蔣給他的防守期限。但是，援軍的槍聲隻是偶爾聽到，還越來越遠。
橫山勇被上級施壓，無法，隻得調集58、13兩個師團加入戰鬥。攻擊衡陽的兵力已經達到了十萬人。在飛機、重炮、毒氣彈不停的攻擊下，打到8月7日，在橫山勇親自督戰下日軍終于利用坦克轟開衡陽城牆。戰鬥進入巷戰階段。由于已經打了46天，第10軍已經相當疲憊。為了繼續戰鬥，方先覺派出自己的特務營到城内據點天竺教堂防禦。在這裡，國軍一神槍手将57旅團長志摩源吉少将爆頭。無奈，日軍人多勢衆，在付出極大代價下，拿下天主教堂。戰鬥到了8日淩晨，經過47天苦戰，第10軍夥夫、馬夫全部用上。第10軍1.7萬人，僅剩3000人彈盡糧絕後投降。
此戰造成日軍8萬人傷亡。是首次日軍在自己戰報裡承認傷亡多于中國軍隊。下面的問題是，打了47天，國軍的援兵在哪裡？這個事情在孟良崮上的張靈甫最清楚。國軍儲存實力是頑疾，都覺得到了衡陽也是被消耗。除了79軍奮力救援，還被手下師長坑死外，其他部隊都一味避戰。連精銳第74軍也在接近衡陽後被副參謀長叫停。