当天，由第四战区抽调来援的第四十六军等已进抵距衡阳8公里的二塘。日军第十一军参谋岛贯武治在日记中写道：“上午8时攻克衡阳，力攻40天……是一场竭尽了全力的战斗。只晚了一天，敌机械化兵团就出现了。我方部队面对前来解围的敌军，多少有些动摇。战争的胜负诚然在于最后5分钟。如固守衡阳之敌誓死决一死战，或将出现‘因帕尔的结局’。”
     当天，蒋介石在日记中写道：“以衡阳会战守军苦斗至此历时四十七昼夜，故于凌晨四时即起默祷能转危为安。至五时犹得衡阳电讯，距十五分钟之后中断，自此即绝不复通矣！旋于十时许接获空军侦察报告：‘衡阳城内已不见人迹。’于是乃确知衡阳已陷矣。因自记所感曰：‘悲痛之切实为从来所未有也。’”
     衡阳保卫战，中国军队伤亡17000余人，《日本帝国陆军最后决战篇(衡阳战役之部)》中声称，日军伤亡19380人，其中军官伤亡910人(军官战死390人)。不过，1945年8月，曾担任过第十军军长的李玉堂将军在湖南接受日军投降时，曾询问日方将领，衡阳之战日军究竟伤亡多少，日军将领答道：“48000余人。”美国国会图书馆的资料显示：“日军死伤超过70000人，其中48000人被击毙；中国伤亡15000人，其中7400人阵亡。”
     衡阳保卫战是抗战期间作战时间最长、敌我伤亡官兵最多、空前惨烈的城市争夺战。日本方面承认，此役“牺牲之大，令人惊骇”，为“中日八年作战中，唯一苦难而值得纪念的攻城之战”。 日军战史称：方先觉为“骁勇善战之虎将”，第十军“寸土必争，其孤城奋战之精神，实令人敬仰”。
    重庆《大公报》社论说：“衡阳47天是索得敌军巨大的代价，衡阳47天是在明耻教战。”
    当年8月中旬，被俘的彭忠荣和彭忠志兄弟，趁着日军看守不严，偷偷逃出了衡阳。
    被俘的卢庆贻和战友被逼给日本人收谷子。一天，他跟20多个战友打死看管他们的日本人，也成功逃脱。
    第十军大部分被俘官兵乘日军后勤补给紧张、关押松懈之机从俘虏营中脱逃，周庆祥、孙鸣玉、饶少伟等将领也在其中。
    11月18日，在重庆方面的帮助下，被看管3月有余的方先觉也逃走了，并于12月11日回到重庆。
     12月13日，重庆《大公报》发表社评《向方先觉军长欢呼》：“苦战衡阳四十七天的英雄方先觉军长回来了！……我们情不自禁地要向方军长欢呼：‘我们的英雄回来了！我们的抗战精神回来了！’”“拿衡阳做榜样，每一个大城市都打四十七天，一个个地硬打，一处处地死拼，请问：日寇的命运还有几个四十七天？”
    1945年2月19日，国民政府军事委员会授予方先觉青天白日勋章。