1944年6月28日，日軍對衡陽發起全面進攻，從南、西南、西北展開向心攻擊，並計劃一天攻下衡陽。
然而出師不利，28日上午，68師團長佐間久為人觀察地形時被守軍迫擊炮炸成重傷，隨行人員非死即傷。
這並沒有影響日軍的進攻計劃，戰鬥如期進行。
此時，第10軍已經全部集中到湘江西岸城區，各部隊的戰鬥人員已經全部進入一線陣地。
與歷次戰鬥一樣，日軍先以上百門火炮長時間猛轟，待守軍一線陣地陷入半癱瘓狀態後，步兵全線出擊。
前進的日軍士兵動作敏捷、身形矯健，領頭的中隊長、小隊長沉著冷靜、果敢堅定，隊伍與炮火協同幾近完美，顯示出了良好的戰鬥素養和超強的戰鬥力。
守軍斂聲屏氣，靜止不動，當日軍衝到陣前時，立即以密集的側射、斜射火力急襲，或投出雨點般的手榴彈，將陣地前的日軍悉數消滅。
日軍的第一波攻勢就這樣瓦解，第二波攻勢馬上就到，再後面的已經沒有隊形，潮水般的湧向守軍各個陣地。
城南、西南、西北全部接火，整個衡陽陷入激戰之中。
槍聲、炮聲、喊聲、殺聲，混成一片，傳出百里之外。上百門大炮不斷轟擊，把整個衡陽震得直髮抖。
守軍打得極其兇猛，機槍吼叫不停，手榴彈像滿天蝗蟲一樣飛向日軍，迫擊炮彈準確落在衝鋒的日軍隊伍中，炮兵營雖然只有6門火炮，卻毫不示弱，猛烈開炮，轟擊日軍步兵。
日軍被打得成片成片的倒下。
幾個回合下來，日軍一無所獲，“一天攻下衡陽”的計劃變成“棄屍累累”的現實，陣地前、外壕裡、土崖下、甚至守軍碉堡前都倒滿了日軍士兵的屍體。昔日繁華的衡陽成了一個巨大的屠宰場。
日軍自持兵力強大，不顧傷亡繼續進攻，連晚上都不停歇。
從6月28日起，衡陽就日日夜夜處於激戰之中。
守軍毫不退讓，與日軍連戰數個晝夜，把日軍被打得傷亡累累，卻又停步不前。
日軍曾多次突破守軍陣地，但都被消滅。
一旦有陣地被突破，兩側守軍立即以火力封鎖缺口，阻止後續日軍跟進，正面守軍以刺刀、手榴彈將突入日軍全部殲滅於缺口內。
7月1日，第3師營長李桂祿丟失陣地，周慶祥將其就地槍決，震懾全軍。
日軍曾想從東岸強渡湘江，守軍立即呼喚空軍助戰，並以戰防炮射擊。日軍被打得船翻人落水，從此不敢輕舉妄動。
跟方先覺戰前判斷一樣，日軍攻擊重點直指城南，將大量的兵力、火力都投入到這裡。
由於戰前判斷準確，方先覺將城南、西南設為主陣地。進攻這裡的日軍儘管兵力強大，火力猛烈，但卻遇到守軍更巧妙的工事，更完美的火力組合。垂直的土懸崖、又寬又深的“方先覺壕”使日軍擁擠在一起而又無法前進，最終被守軍“飽餐”。
西南的張家山是全城的核心，戰鬥最激烈。兩軍在這裡反覆爭奪，多次短兵相接，直接以刺刀肉搏。
兇悍的日軍133聯隊對張家山共發動20多次進攻，數次攻上山頂------後來踩著同伴的屍體而上，最終都被消滅，逃回者寥寥無幾。133聯隊倒下的士兵屍體，在山下、山上重重疊疊堆了好幾層。
戰爭期間，方先覺一直在城南的五桂嶺指揮全軍戰鬥。這裡離火線只有300米，日軍多次衝到軍部附近，都被一 一擊斃。
炮兵指揮官蔡汝霖和空軍飛行員陳祥榮也隨方先覺在五桂嶺，指揮炮兵和協助對空聯絡，對沖到眼前的日軍熟視無睹。
日軍連攻幾天，傷亡不計其數，每天黃昏，都在湘江東岸火化搶回的士兵屍體，薰風將焦臭味帶出數里之外，令人作嘔。
到7月3日，日軍實在無力再戰，終於放下“皇軍”的尊嚴，停止進攻，整補待援。
守軍連戰幾天，除李桂祿丟失的陣地外，主陣地屹立不動。雖然傷亡巨大，但負傷不退者，裹傷再戰者，比比皆是。全軍士氣高昂，勇猛如前，大有無人能敵之勢。
衡陽，固若金湯。
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