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衛立煌軍團出現在永州，對于日軍來說絕對不是什麼好事。國民政府軍一大特色是，有什麼樣的將領就有什麼樣的部隊，如果將領是個軟蛋，那麼部隊就是一坨糊都糊不上牆的爛泥巴；如果將領是個鐵骨錚錚的硬漢，那麼部隊就是一支敢打敢拼、死戰不休的鐵軍。衛立煌可是敢在華北大平原跟岡村寧次剛正面，並且從岡村寧次手里收復鄭州的狠角色，這戰績比薛岳在長沙那一堆所謂的大捷更難得————這是國民政府軍第一次通過主動進攻將日軍從一座省會城市中趕了出去，而且是在對日軍最為有利的華北大平原上正面對攻中取得這樣的戰績，更為可貴，這樣的人物統率的軍隊自然不會差到哪里去。他麾下三個軍更是讓英國佬惡心了個夠，怒火沖天，準備拿日軍當出氣筒了。他們不足以擊敗橫山勇麾下那龐大的軍團，但也足夠給橫山勇制造非常大的麻煩了。
衛立煌最頭疼的問題就是沒有裝甲部隊。面對死硬死硬的日軍，沒有裝甲部隊作開路先鋒，仗是很難打的，遠征軍有一些坦克，但他不能帶，他把那些坦克帶走了，接下來的騰沖戰役就很難打了。再說，從雲南到湖南，如此遙遠的距離，大多數地方根本就沒有鐵路，也就別指望鐵路運輸了，坦克從雲南一路開到湖南，只怕早就散架了。在回師的路上，他又帶著一批在龍陵戰役中繳獲的翡翠飛了一趟延安，跟八路軍總司令倒了一把苦水，總司令很仗義的表示︰
我們手里有一批坦克，可以迅速通過空運運抵零陵機場，充當你們進攻的拳頭。數量？數量不少，就是裝甲很薄弱，不知道你們敢不敢用？
衛立煌表示是坦克就行了，管他裝甲厚薄————老子現在都恨不得在汽車上焊鋼板當坦克用了！
于是，當他率領先頭部隊趕到永州的時候，八十多輛坦克已經在零陵機場的倉庫里等著他了。這些坦克裝備一門76毫米口徑坦克炮，最大公路時速達到恐怖的八十公里，速度快，火力猛性能之優良，連美國佬都驚嘆不已。唯一的缺點就是總重才八噸，裝甲太薄了，也就比豆戰車強一點點而已。但這個缺點在國民政府軍坦克兵看來根本就不能算缺點，從抗戰爆發到現在，他們一直是開著薄皮坦克跟日軍廝殺，早就習慣了。干他們這一行，能在戰場上撐足一年就算爹媽多給了兩條命，還指望壽終正寢不成？
七月二十五日，日軍修通了被中國軍隊破壞掉的長衡公路，將海量的彈藥用汽車運輸至衡山，然後由馱馬輜重部隊向衡陽轉運，補充給攻城部隊。與此同時，日軍第64師團、派遣軍直轄的松井部隊和又一批野戰補充隊兵員到達長沙，並且從長沙南下，補充給衡陽城下各師團，換句話說，在過去近四十天的血戰中損失慘重的那幾個師團現在已經是滿血復活了。一切準備停當，橫山勇傾盡全力，向衡陽城發動空前猛烈的進攻，炮火染紅了天空，硝煙燻黑了衡陽的城牆和守軍的臉龐。整整六個師團的龐大兵力，雪崩般壓向衡陽城，這座已經跟他們鏖戰了數十天之久的英雄城市。
拼到現在，第10軍也到了難以為繼的地步。他們不管是物資還是心理，都是按堅守半個月來準備的，現在都拼了三十多天，部隊傷亡慘重，援軍遲遲不至，再頑強的部隊都撐不住了。但即使是這樣，日軍在發動進攻的時候仍然遭遇了極為頑強的抵抗。八路軍航空兵和中美聯合航空隊幾乎是傾巢出動，八路軍的普卡拉攻擊機在衡陽上空大開殺戒，試圖轟炸衡陽的日軍戰機來一架他們殺一架，來兩架殺一雙，有來無回。中美聯合航空隊動用大批b-24和b-25轟炸機對攻城日軍實施瘋狂的轟炸，凝固汽油彈成了日軍的噩夢，條條火龍從天而降，將大批大批攻城的日軍士兵無情吞噬。日軍唯一值得慶幸的就是不知道為什麼，可怕的火鳳凰轟炸機和雷霆遠征戰略轟炸機沒有再在湖南戰場露面，否則他們的日子會更加難過。
守城的部隊在強有力的空中支援下沉著應戰。過去幾十天里，八路軍的運輸機沒少給他們空投補給，其中就包括大量武器彈藥，打了這麼久，他們不僅不缺乏武器，還從頭到尾換裝了一輪，mg-42通用機槍、波波沙沖鋒槍、莫辛納甘步槍、改用彈鏈供彈的捷克式魔改……應有盡有，手榴彈？隨便扔，扔到吐都扔不完。日軍一次次進攻，都被機槍、迫擊炮和手榴彈砸了回去，在守軍陣地前留下層層堆疊的尸體。
八月三日，日軍第116師團迭經苦戰，終于佔領了當面一個啃了幾十天都沒啃下來的山頭。直到現在他們才發現，山頭上的戰壕里蓄滿了齊腰深的污水，戰死的中國士兵在污水中泡得慘白腫脹，鮮血將污水染成了暗紅色，可見守軍一直是泡在血水中跟他們苦戰的。
八月六日，第58師團終于從北門攻進了衡陽城中。然後他們就發現自闖進了馬蜂窩里，機槍火力從四面八方射來，手榴彈從馬路兩邊的建築物窗口後面冰雹般砸落，打得他們死傷累累，寸步難行。
守軍的處境已經非常艱難。
方先覺用電台向重慶發報︰
敵軍已經從北門沖進來，城內已無可用之兵，再得不到增援，生等只有以死報國了！
重慶方面回復︰
再堅持三天，三天內就會有至少一個軍打到衡陽城下，增援你們！
方先覺看完電報，咬牙下令︰“再堅持三天！”
事實上，早在三天前，他們的援軍已經出發了。
八月三日，經過休整已經恢復體力的遠征軍從永州出發，以八十八輛蠍式坦克為先導，向衡陽方向迅速推進。從來不畏懼打硬仗的滇軍第60軍沖在了最前面，幾乎馬上就跟部署在湘江兩岸以隔絕中國軍隊對衡陽城增援路線的日軍迎頭撞上了，沒有任何前戲，一場火星撞地球式的大戰立即爆發。
結果讓人大跌眼鏡︰在短短一天的惡戰中，第60軍當面的日軍一個聯隊就被打垮了，扔下數百具尸體，狼狽不堪地逃回了東岸。
這下子，整個戰區讓日軍那龐大的陣容給嚇住了，徘徊不前的中國軍隊眼珠子都鼓了出來︰what？日軍變得這麼脆了？這可是一個聯隊啊，一天就被打垮了！？
那個聯隊覺得自己挺冤，你他媽用兩千多人在這種相對平坦的、基本無險可守的鬼地方硬扛八十輛坦克、數萬不要命的雲南蠻子兵試試！
第54軍和第6軍也相繼擊潰了當面之敵，迫使其撤回湘江東岸。看到他們打得這麼順利，那些原本徘徊不前的部隊也來了精神，紛紛投入戰場，向當面之敵發動猛烈進攻，衡陽周邊地區頓時烽火連天。
到六月六日，遠征軍三個軍付出了四千余人傷亡的代價，強行渡過了湘江，在日軍的湘江防線上撕開一個大口子，朝著衡陽不顧一切地猛插。湘江東岸至衡陽是一片肥沃的平原，最適合大規模裝甲部隊突進，日軍目瞪口呆的看著成群蠍式坦克向他們沖過來，都有點不知所措了，電台里充斥著各師團聯隊長、大隊長驚駭的叫聲︰
“坦克！重慶軍在湘江東岸戰場投入了大量坦克！我們沒有坦克！”
日軍確實沒多少坦克，原本在豫中會戰，岡村寧次拼湊起幾百輛坦克，給了中國軍隊一個天大的驚喜，但是在經歷了許昌、洛陽等一系列艱苦卓絕的巷戰，和八路軍航空兵沒完沒了的空襲之後，這支強大的裝甲集團基本被打殘了。看到衡陽戰事膠著，岡村寧次又從豫中抽調了一批裝甲部隊南下支援，但這些裝甲部隊絕大多數都投入到衡陽攻堅中，真正用來防御外圍中國軍隊的實在太少了。近百輛蠍式坦克，對于日軍來說是一股難以抵御的力量，在這股鐵流的瘋狂沖擊之下，他們節節敗退。
也許直到現在日軍都還沒有意識到，他們很快就要面臨兩千多輛坦克和裝甲車的殘酷考驗了。
橫山勇得知湘江防線崩潰之後大吃一驚，馬上派遣第師團戰力強悍，很快就頂住了第60軍的攻勢，但第6軍卻乘第3師團與第60軍惡戰之機，繞過他們的防線，繼續向衡陽猛插。橫山勇沒轍，只好讓第116師團退出攻城的序列，投入到艱苦的阻擊戰中。
隨後，第54軍從第60軍和第6軍牽扯出來的口子中鍥入，依然是朝著衡陽猛插，一副死都要死在衡陽城下的架勢。更加糟糕提，橫山勇一直較為頭疼的國民政府軍王牌，張靈甫的第74軍也加入戰場了，在它後面是第24集團軍的主力……
衡陽戰場的天平開始向中國軍隊傾斜。
橫山勇焦頭爛額，一時間也顧不上攻城了，將各主力師團抽調出來調派到各個戰場，阻擊瘋狂推進的中國軍隊，衡陽轉危為安。也許橫山勇覺得中國軍隊這次大規模攻勢也會像以前那樣虎頭蛇尾，只要挺過最初的幾天就能將他們擊退，然後繼續進攻衡陽，只是，他並不知道，他這輩子都沒有踏入衡陽城的機會了。