橫山勇感覺戰役進行到現在非常棘手，兵力嚴重不足，他向中國派遣軍、華北派遣軍申請援手，填補第64師團南下後遺留的空檔，華北派遣軍自顧不暇，煙俊六派了駐紮在安慶的第131師團第95旅團前往湖北接防。也就到此為止了。日本大本營非常不滿第11軍的進攻進度，不斷催促橫山勇加大南下攻擊力度。
第64師團趕到了長沙接防，第58師團沿粵漢鐵路線南下。第68師團第116團此時已攻破新3軍，暫2軍在祿水南岸的阻擊陣地。新3軍、暫2軍退往粟山壩、淦田一線組織抵抗。得到第58師團援助的日軍繼續向南猛攻，國軍在粟壩、淦田抵抗了3天，逐步向朱亭、嚴湖、螺絲塘一線撤退。獨立混成第17旅團沒有參與戰鬥，而是留下來防守粵漢鐵路沿線占領的據點。第4軍及第96師南下湘潭，第58師歸建第74軍轉移至白果。
日軍第58、68、116師團繼續南下攻擊，經多日激戰攻破國軍防線，新3軍、暫2軍退往淶水以南，沿淶水南岸布防，新3軍從攸縣撤回的一個師已到達衡山布防。這是新3軍、暫2軍最後一道防線了，再往南就是第10軍防區。由於這兩個軍層層阻擊，日軍抵達洣水已是7月上旬了，防守衡陽的第10軍有了充分的時間構築防衛工事。
第10軍軍長方先覺向第9戰區司令長官薛嶽申請，洣水南岸防線的新2軍2個師和暫2軍，在阻擊完日軍後退回衡陽協助第10軍防守衡陽城，薛嶽鑒於第10軍整補還未全部完成，兵力也才餘人，於是同意了方先覺的建議。薛嶽安排新3軍1個師守衡山，另二個師與暫2軍一起防守湘江以東衡陽的防衛，那裡有美軍空軍基地，是美軍在中國東南地區最重要的航基基地之一。
右翼日軍攻占官田、攸縣，安仁，國軍集結在荼陵一帶，中日兩軍呈對峙狀態。日軍第27師團意圖占領蓮花，被新6軍、第58軍擊退。日軍第3師團一部南下侵入耒陽肥江口，與第62軍第44師王景星部在燈盞窩、肥江口激戰，兩軍在此反複爭奪。
中路日軍分兵二路，一路第116師團兩個聯隊攻擊了湘江西岸的衡山，另一路日軍主力強渡洣水，攻擊南岸國軍陣地。洣水上的橋梁全部被炸毀，7月間洣水正是汛期，日本鬼子小矮個無法徒步涉水過河。日軍隻能搜集北岸船隻強渡，國軍在既設陣地嚴陣以待。日軍強渡淶水三次均沒有取得成功，還遭到衡陽機場美軍航空隊的轟炸，損傷了千餘人以上。
日軍不得不改變策略，第68師團第57旅團第61、62步兵大隊從洣水上遊甘溪偷渡，鑽進了戴海歐新2軍布署的口袋陣全軍覆沒。雖然消滅了日軍兩個大隊，但戴海歐並沒有放鬆下來，他得到消息，日軍第3師團放棄了進攻耒陽，其第5聯隊已逼近草市，沿洣水西進，第6聯隊逼近東郊、冠市一帶，直接威脅到泉
溪，第3師團這是要切斷新3軍、暫2軍的後路。戴海歐立即抽調了吳集以西新2軍兩個團南下增援洪山廟、泉港。同時協調暫2軍兩個團前往吳集以西填補缺口，他意識到洣水阻擊頂不了多久了，於是開始安排洣水南岸部隊交替撤退。
第10軍第190師568團1營在洪山廟與第3師團第6聯隊發生激戰，1營咬牙堅持。在付出巨大犧牲後，終於等來了新2軍兩個團的支援，堪堪穩住了陣地。阻止了第3師團第6聯隊進攻勢頭，緊接著吳集以西也國軍與第3師團第5聯隊交上了火，洣水以北日軍也趁勢再一次強渡洣水。新2軍、暫2軍有被包圍的風險，戴海歐隻能命令部隊撤退。在第10軍耒水以北部隊的接應下，新2軍、暫2軍撤退到耒水以南，衡陽以東。從株州到衡陽二十多天的阻擊，新2軍、暫2軍損失也不小，人員損失超過了兩成，但好在建製都還算完整。
第9戰區薛嶽命令茶陵集結的國軍向官田、攸縣、安仁的日軍發起了進攻，由於第3師團大部主力被調，這一線僅靠第27師團支撐，官田、攸縣很快被國軍奪回，安仁也岌岌可危。第3師團不得不調回第5、6聯隊，穩定安仁，繼而試圖重新奪回攸縣、官田。
第116師團進攻衡山的兩個聯隊也遭到了失敗，雖然他們成功偷渡過了湘江，遭到了防守衡山的新2軍1個師和第10軍預10師28團頑強抵抗。第116師一時無法攻破國軍防線，戰場形勢僵持起來。白果第74軍施少先緊急派第58師趕到衡山支援，第116師團見勢不妙、無奈放棄衡山退回湘江東岸，日軍在湘江西岸終究還是沒有站住腳。
日軍第58師團、第68師團、第116師團抵近耒水，耒水以北國軍除了在東家灣、泉溪保留了部隊防守，其餘部隊都收縮回了耒水以南。薛嶽協調第10軍方先覺重新調整了衡陽以東的部署，新2軍、暫2軍來到衡陽後，防守衡陽的兵力、火力都大為增強，衡陽以東防衛主要依托耒水，南線的防禦推進到龍頭嶺、老山各塘、東陽渡一線。
薛嶽盯著地圖，臉上露出了微笑。國軍衡陽戰役部署基本完成，第10軍、新2軍、暫2軍守衡陽，兵力達到5萬餘人，第62軍在衡陽以南祈陽、常寧一帶，第79軍在衡陽以西永豐、演陂橋一帶，第74軍、第100軍在衡陽以北湘鄉、白果、南嶽、衡山一帶，新6軍、第58軍、第37軍、第26軍等部隊在衡陽以西茶陵、官田、攸縣一帶。第5軍、第73軍、第99軍在湘江以西，洞庭湖以南。還有在路上的第8軍準備加強西線，第71軍加強南線。
薛嶽還是一如既往對他的天爐戰法有信心。雖然戰法是老辦法，但隻要有用，它就是好辦法。長沙作為爐底被日軍擊穿了，衡陽成為了天爐戰法新爐底。
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