日軍攻占洛陽的同壹天，日軍中國派遣軍總指揮齊將南京的前進指揮所推進到漢口，開始了戰役主體階段的湘桂戰役。
1944年5月，日軍第11號司令官橫山勇指揮8個師團、1飛行團和壹個海軍，20余萬人，以奪取湘桂鐵路(衡陽-來賓)為目標，進攻長沙、衡陽。中國第九戰區司令長官薛嶽指揮四個集團軍(***15)和另外兩個軍**約40萬人。在空軍(181)和鄰近戰區的支援下，其中壹個依托湖北桐城東南、湖南新墻河南岸、沅江、益陽等地的現有陣地。
互相廝殺，消耗、拖延日軍；主力控制在瀏陽、長沙、衡陽、寧鄉，相機殲敵。
27日，日軍以湖南華容、嶽陽、重陽五個師沿湘江兩岸及湘贛邊界山區發起進攻，以三個師集結於湖北監利、浦陰待命。另外，1團5營向江陵以南松滋河進發，牽制他們掩護我軍右翼。20軍，防守新墻河，繼續與日軍中路第68、116師作戰，後轉移至湖南平江東山區待命。
保衛重陽東南山區的72軍和前進縱隊先後阻擊了日軍左翼第3師和13師，延緩了行動。保衛益陽的73軍與日軍右翼的第40師團作戰。65438+1、0944年6月，日軍在中路和左翼渡過汨羅江，突破防禦陣地後，分兩路進攻撈刀河和瀏陽河。守軍37軍邊抵抗邊撤退，退到瀏陽附近山區待命。
到14，日軍已先後攻占沅江、益陽、瀏陽。16日，日軍第三十四、五十八、六十八師進攻長沙城。4軍堅持到18日下午，傷亡殆盡，長沙失陷。為防止敵人深入，保衛衡陽，第九戰區從20日起向日軍發起反攻，至27日，分別在醴陵和湘鄉封鎖日軍左右兩路。日軍中路雖然打到祿口和衡山之間，但未能阻止其向南推進。
28日，日軍第68、116師進攻衡陽。10守軍(四個師，實際只有四個團)依托工事，以正面和側面火力掩護進行反擊，壹直戰鬥到7月2日1944，沈重打擊了敵人，迫使其停止進攻。11當天，日軍第68、116師團得到補充後，以15步兵營和12炮兵營第二次進攻衡陽。
守軍將防禦陣地與機動防禦相結合，加強陣地間的相互支援，進行短時近戰和反擊，壹直戰鬥到20日，迫使敵人停止再次進攻。
其間，被阻在湖南東山地區的日軍第3師團，先後在醴陵、茶陵、安仁等地遭到重創。後來在27師、34師和13師1師的支援下，直到月底才打破包圍圈。8月4日，日軍第11集團軍群集中4個師第三次進攻衡陽。守軍奮戰至8日，傷亡慘重，無人相助，被迫放下武器。衡陽失陷，恒昌戰役結束。