根据这一战略意图，中路日军第一线兵团第68、第116师团，在第二线兵团围攻长沙城时，便沿长沙东侧继续南下，其意图好像是为了阻击从衡阳北上增援长沙的中国军队，实际上另有它图。
     当日军第58、第34师团等部刚攻下长沙，已经过一定休整和补充的第116、第68两个师团，立即从株洲附近沿湘江两岸向衡阳推进，其行动之神速令人咂舌，如同平地兴起的狂涛向南汹涌卷去。
     湘江东岸。第68师团，在佐久间为人中将指挥下，疯狂南进。在衡山地区与守军打了两天，便于6月23日清晨抢渡洣水。23日夜间，进抵衡阳东南郊区的泉溪，并连夜渡江。24日白天，该师团主力，冒着美军飞机的轰炸扫射，继续强行渡江。渡江后，日军即向衡阳机场进攻，26日占领机场。
     湘江西岸。第116师团与东岸日军齐头并进。6月23日到达衡山地区，迅速突破守军防线，于6月26日抵达衡阳附近，并迂回到城之西郊。
     同时向南突进的还有第13师团。该路日军在长沙城被攻下时，从江西边镇上粟市地区突向南进，穿过萍乡、攸县、安仁等县境，在衡阳东北方，担任对井岗山地区中国部队的警戒，以保证向衡阳城进攻的日军的侧背安全。
     这三个师团的日军，都是在中国军队企图中间堵、两边夹的部队尚未部署到位时，就顺利地突过了险峻地域。犹如排球场上打出的一个漂亮的“时间差”一样。
     当日军快速部队在衡阳郊区的进攻打响一天之后，第27、第30两集团军才在渌水以北的湘赣边境山地集结起约十五个师的兵力，向醴陵地区出击。但是，这十多个师的部队，尚未充分展开，即遭到日军第3、第27、第34几个师团的先行攻击，“拳头”尚未举起，就被冲散。
     湘江西岸的王耀武集团也没料到日军南下来得如此之快。本来要调集各军与东岸川军夹击敌人的，可是现在，他还未来得及集结部队，东岸部队就被冲散了，而且日军已经在攻衡阳城了。因而，在此夹击日军已失去意义，便令第100军和第74军各一部，跟着日军屁股后头向南追击，又令其他各军迅速向安化、新化、宝庆地区集结，准备去解衡阳之围。
    日军围困衡阳的部队先后向孤城发动了三次规模巨大的攻坚作战。
    6月28日。日军一攻衡阳城。
    日军第68师团在南面，第116师团在西面，同时向衡阳城发起急攻，意在一举拿下该城。