长沙失守后，日本第11军顺势南下，朝湖南省当时的第二大城市衡阳进发。衡阳位于湖南省中南部，粤汉线、湘桂线在此连接，从湖南腹地通往西南大后方的多条公路也从这里经过，是西南交通的枢纽。此外，它还是湘江、蒸水和末水的交汇之处，依靠这些江河，可以转运湖南出产的大量粮食、矿产等资源。因此，衡阳一旦失守，无论在交通、军事，还是经济上都将带来巨大的灾难性后果。就因为这一系列的原因，衡阳自然成为日军“一号作战”的重要目标。

    日军大本营在“一号作战”第二阶段的构想中，计划对湘江以西地区采取守势，而主力投放在湘江以东。衡阳是作为重要目标必须予以攻占的，并且要确保这一地区的安全畅通。第11军横山勇中将认为，同中国军队的决战不一定会在长沙出现，但在进攻衡阳时，必然会出现双方主力对决，如果是这样的话，就可以在衡阳地区围歼第九战区主力。

    鉴于这样的思考，横山勇中将在具体兵力分配上，以1个师团用于湘江以西，用2个师团进攻衡阳，再以4个师团的兵力用于湘东山地。从兵力分布来看，横山勇还是有战术头脑的，把兵力分布得轻重得当，非常符合当时的实际情况。

    第11军的日军高级将领们在研究攻击衡阳的战术问题时，又把薛岳的“天炉战法”提到桌面上。他们认为，中国军队当前没有对付大日本皇军的好战法，前段时间在长沙大战中，把“天炉战法”给粉碎了。但是从衡阳的地理方位，以及当前中国军队所处的位置上看，他们极有可能还会采取“天炉战法”的老一套。横山勇同意幕僚们的分析，所以他仍采取两翼夹击，波浪式推进的方法，确保第68师团和116师团对衡阳的进攻。

    国民党军令部的确没有新战术，仍然按照“天炉战法”的老路子进行部署，中间正面堵截，两翼兵团夹击，从而击退来犯日军。从整个衡阳保卫战来看，最主要的有两块，一是国民党第10军坚守衡阳，二是李玉堂兵团在西南、西北外围，实施救援衡阳的战役。

    为了进一步了解、认识下一步的湘西保卫战，或者说同下步湘西保卫战紧密联系，笔者这里不详细叙述李玉堂兵团的外围解救战，集中篇幅谈衡阳保卫战。因为进攻衡阳的两个日军师团，也是后来进攻湘西，欲夺芷江机场的两个主力师团。另外，在衡阳保卫战期间，也是蒋介石同美国关系发生矛盾，处在极为痛苦和犯难的一段时日。

    日本对衡阳的作战，是于1944年6月20日开始的。日军第11军为确保衡阳进攻的顺利，一开始就对衡阳的周边实施强有力的攻击，以此来打破“天炉战法”中最为关键的两翼部队。日军第11军不愧为日本的第一野战军，他们不几日便把衡阳周边的国民党军队击溃，迫使国民党军的主力后退，把衡阳变成一座孤城。

    守卫衡阳的是国民党第10军，军长是方先觉，安徽萧县人，黄埔军校第三期毕业。在抗日战争中，中将军长方先觉是国民党军最为传奇的人物之一。他坚守衡阳47天，创下抗日战争时期中国军队坚守时间最长的一次守城战。在守城战役中，他率领17000名士兵，抵挡日军前后6个师团的进攻，在自己部队战死10000人的基础上，杀伤日军48000人。为保护衡阳城7000多伤兵的生命，他最终放下武器，向日军缴械投降。不久逃出衡阳，回到重庆，被蒋介石誉为“中国军人之模范”，并授予青天白日勋章，还晋升为28集团军副总司令。后来他在台湾去世，在史学界，还引发出一场关于他投降日军行为的学术争论。从以上简约的情况看，方先觉中将的确很有传奇色彩。

    英勇善战的方先觉，在1941年的第三次长沙会战和后来的常德会战中，率领自己的预备第10师和第10军，表现得非常杰出，一时名声大噪。