衡阳是当时国统区的税源重地，税收额仅次于重庆，同时还是中南地区的核心交通枢纽，连接着粤汉铁路和湘桂黔铁路。
同时，衡阳还是我国大西南的重要门户和军事要冲，如果衡阳失守，国党政府的收入将锐减，经济形势将雪上加霜，我国抗日的大后方西南地区也将直面日寇，抗日全局将陷入极其被动的局面。
而且此战关乎中日双方高层的地位稳固与否。
美罗总统对国军在此次战役中的表现极为不满，已经威胁蒋将国军的指挥权交给史迪威。蒋非常清楚如果交出兵权，他下台只是时间的问题。因此，蒋死令率部坚守衡阳的方先觉务必坚守10至15天，以待援军。
而东条英机面对太平洋上的节节败退，此时东条老鬼子在东京的地位已经岌岌可危，面临着辞职的巨大压力，因此这个老鬼子子让华中总司令官畑俊六反复督战横山勇。并且横山勇的日子也不好过，关东军名将坂西一良已经奉命前往湖南，如果他拿不下衡阳，恐怕以后的日子也不会好过，因此横山勇这个“受气包”也对衡阳志在必得。
衡阳已经成为关乎这3人命运的关键之战，谁都输不起。笃信基督教的蒋在战前更是发愿：如果在衡阳城下战胜日军，必使全体守城官兵受洗，且在他60大寿之时，在南岳之巅必建铁十字架。蒋在这个时候，已经紧张得把击败日寇的希望寄托在《圣经》上了。
负责守城的部队是方先觉将军率领的第10军，由于前期的战损，方先觉手中的兵力只有人。第10军看似“柔弱”，且士兵多为“南方人”，块头都不大。但它的前身是着名的黄埔教导团，有泰山军之称。不仅是国军中的最高荣誉者，还手握飞虎旗，是国党的精锐部队，是一支战斗力极强的军队。
横山勇刚开始知道是第10军守卫衡阳的时候还很嚣张，认为“南方军队”一定比“北方军队”好打，信誓旦旦说：“日军可以毫不费力地拿下衡阳”。但他忽视了中国人刻在骨子里的硬气！令他大跌眼镜的是：守卫衡阳的第10军不甘示弱，奋力抵抗日军侵入，证明了看似柔弱的南方人也可以打赢这种尸山血海的大战。
1944年6月1日，第10军军长方先觉率领部队抵达衡阳城之后，立马着手让衡阳城内外的居民乘火车从衡阳撤离、随后加快步伐在衡阳城修筑半永久大型工事群，以抵御侵略日寇。
6月23日，横山勇带着68师团、116师团共计五万多人抵达衡阳之时，衡阳已经成为一座只有军人的“空城”，不用担心误伤群众了。
6月25日，大批日寇在飞机和坦克的掩护下，朝着衡阳城方向进发。68师团在东阳渡过湘江，进入衡阳西南地区，并且把师团司令部转移到黄沙岭。116师团则于6月27、28日抵达衡阳西郊。日寇的支援部队也在27日进入衡阳北侧地区。衡阳西南、西、东都被日寇包围。
从6月28日开始，一万多鬼子开始正式进攻衡阳。鬼子调用了29门大炮，猛烈轰击衡阳的汽车西站、火车西站、衡阳五桂岭等主阵地，还不择手段地采用毒气弹和燃烧弹。但是10军弟兄们沉着应对，在战斗中将鬼子68师团的师团长、参谋长打成重伤。师团长佐久中将在运送途中死亡，这无疑给了侵略者当头一棒。鬼子第68师团失去重心，只好与116师团合并起来。
为了从根本上击破敌人，最高统帅命令第10军于7月1日：“乘敌深入，后方空虚，使用正面阻止及侧背猛攻而击破之。”由于衡阳军民的英勇抵抗，各路守军与空军部队有力配合，一举打败敌人的进攻。7月2日，日寇第11军被迫停止攻击，等待后续部队增援。
看到鬼子在战场吃瘪，我军将士知道机会来了。第10军团继续留守衡阳，王耀武兵团和62军其他军队猛力扫荡敌军于南部战场。到7月10日，我军已经收复了永丰、梧桥铺等地，取得了不错的战果。鬼子第一波攻势失利的消息震动了东京，东条老鬼子亲赴武汉向畑俊六施压，畑俊六则直接派出参谋长松井久太郎前往衡阳前线督战。
重压之下，横山勇重新调集重兵于7月11日再次对衡阳发动猛攻。这次鬼子改变了进攻策略，增加了四个重炮大队和两个迫击炮大队，采用集中打法，尽量集中炮兵和空军的战斗力进行攻击，企图有计划地攻占衡阳。
日寇第5航空军于7、8日轰炸我方梁山机场，9、11、12日轰击我方设在桂林和芷江等地的机场。短短5日，我方共被炸毁140架飞机。控制衡阳上空之后，日寇开始与地面炮兵相结合，向衡阳倾泄大量炮弹。整个衡阳化为一片火海，无数房屋顷刻之间塌掉，第10军伤亡人数接近4000余人。虽说日寇采用这种方式轰炸衡阳城，取得了一定效果。但是第10军也不是吃素的，经过几个昼夜的混战，灭掉8000多日寇，日寇所有中队长几乎都阵亡了，更有1名联队长和6名大队长被当场击毙。
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