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。
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。
