斯大林格勒保衛戰是蘇德戰場的轉捩點，蘇軍不但守住了納粹德軍志在必得的斯大林格勒，還發起反擊包圍殲滅德軍第6集團軍30萬人。蔣介石也想打出類似的戰例，把衡陽變成中國的斯大林格勒。

1944年5月26日，侵華日軍向湘北發起全面攻勢，目標直指長沙。這是日軍第四次進犯長沙，前三次不但都無功而返，還被薛嶽的第九戰區打出個世界聞名的“天爐戰法”，讓日軍吃盡了苦頭。

囙此，日軍這次集中了10個師團20萬兵力，超過前三次進犯長沙兵力的兩倍還多。第九戰區仍然採用“天爐戰法”來應對，後退決戰，等日軍頓兵於長沙堅城之下，再發動反擊，截斷其補給和退路。

可惜的是，“天爐”的爐底長沙僅僅守了4天，於6月18日被攻陷，爐底被鑿穿了，“天爐戰法”自然也就無從談起，守城的第4軍軍長張德能被蔣介石下令槍決。

日軍此次進犯非同尋常，其實是“一號作戰”打通大陸交通線的組成部分，長沙並不是最終目標，日軍的真正意圖是打通與廣東日軍的聯系。長沙失守後，衡陽便成為日軍的下一個目標，而衡陽守軍的最高長官卻是一比特平民。

《抗日戰爭正面會戰檔案全紀錄》詳細記載著：18日長沙陷落當晚，一個長途電話直接要到衡陽方先覺得寓所。王副官一聽，對方先覺說：“是重慶打來的電話。”

方先覺剛剛躺下，不以為然地說：“我被軍委會撤職當老百姓了，重慶還有誰找我？你就說我不在！我要睡了。”王副官捂住電話：“是蔣委員長的電話。”方先覺急忙起身就拉著鞋子接過話筒：“報告校長，我是方先覺。”

蔣介石親自打電話來找的這位方先覺到底是誰？為什麼又說自己是老百姓？

方先覺原本是第10軍的軍長，因為得罪了薛嶽而被撤職，新任軍長尚未到任，所以蔣介石才會打電話來安撫一下這位黃埔三期生，讓他重新執掌第10軍守衛衡陽。蔣介石的計畫是在衡陽重鑄“天爐”爐底，圍殲日軍於衡陽城外。

這一招果然好使，方先覺馬上打足精神，佈置衡陽城防工事，第10軍下轄第3師、第190師和預備第10師，其中第190師只有一個團滿編，全軍總兵力1.7萬人，不及日軍一個師團。

6月22日，日軍抵達衡陽週邊，隨即發起進攻。次日拂曉，日軍强渡耒水河，第190師第568團一營用戰防炮和重機槍趁敵半渡而擊之，被打死的日軍連同溺斃者多達300餘人。

首戰得勝，第10軍士氣大振，方先覺主動收縮兵力，將戰鬥力最强的第3師佈置在城內，作為預備隊及巷戰主力，第190師和預10師進入城西南的主陣地，準備抗擊日軍的重點突破。

衡陽是座大城，1.7萬守軍無法做到面面俱到，只能集中兵力於日軍主攻方向，而方先覺得判斷完全正確，城西南的丘陵正是日軍的主攻方向。

事實上，城西北方向一馬平川，更有利於日軍進攻，但中美空軍已經掌握了制空權，日軍無法在平地展開大規模軍事行動，只能選擇城西南的丘陵。

《抗日戰爭正面會戰檔案全紀錄》指出：衡陽之所以能苦撐這麼久，除了歸功於地面部隊以外，空軍日夜鏖戰的勞績，更是不可埋沒的。

日軍繞遠路渡過耒水河後，首先奪取五馬歸槽據點，第570團團長賀光耀身負重傷，然後日軍攻進衡陽機場。第190師師長容有略親自指揮第569團逆襲，以傷亡200餘人的代價，消滅突入機場的400多日軍。由於日軍後續部隊趕到，容有略破壞機場設施後，退回主陣地。

第10軍有一個特點，非常善於修築工事，把丘陵朝向敵人的一面改造成90度峭壁，用鐵絲網、地雷和木栅牆予以保護，無法改造的地段就挖出5米寬5米深的壕溝，壕溝底部還有暗堡火力點，讓日軍下得來卻上不去。

各陣地之間以交通壕相連，可以在不暴露的情况下相互增援。使這些工事在戰鬥中發揮了相當大的作用，使第10軍能用很少兵力頂住大批日軍的進攻。衡陽百姓積極幫助第10軍修築工事，尤其幾個木材加工廠捐贈了120萬根圓木，使防禦工程的修築事半功倍。

《抗日戰爭正面會戰檔案全紀錄》裏有這樣的戰例：停兵山守軍一個連和高嶺守軍一個排，構成犄角之勢。日軍在26日上午同時向兩個陣地發起攻擊，飛機大炮輪流轟擊後，步兵發起衝鋒。

每次日軍一靠近，兩個陣地裏便飛出成片的手榴彈，輕重機槍一起開火，將日軍打得屍橫遍野。即使碉堡被炸掉五分之三，官兵傷亡過半，陣地仍屹然不動。

戰至27日淩晨，高嶺守軍李建功排長以下全部壯烈殉國，陣地才被日軍佔領。而日軍在高嶺陣地前遺屍200多具，在停兵山陣地前，也遺屍400多具。

在丘陵地帶的主陣地前，日軍付出了相當沉重的代價。寬大的外壕既不能藏身（底下有火力點），又無法作為下一步衝鋒的依託（太深太寬），只能用梯子跨過去。

等日軍越過外壕，卻被重直峭壁攔住了路，他們只好想辦法攀爬。峭壁頂上的守軍只要不停地往下扔手榴彈，就能輕易把日軍炸得人仰馬翻。更可怕的是，峭壁前的日軍一旦聚集得足够多，便是守軍側射火力發揮威力的最佳時刻，日軍囙此死傷無數。

在付出數千人的代價後，日軍終於攻到衡陽城下，他們以為噩夢即將結束時，哪知此時才是噩夢真正的開始。第3師已經把衡陽城改造成一個巨大的堡壘，每一間房屋、每一條街都是讓侵略者喪膽的戰場。

起先進攻衡陽的日軍是第68和第116師團，經過6月28日和7月11日的兩次總攻後，這兩個師團傷亡超過8000人，戰死1名聯隊長、6名大隊長和幾乎所有中隊長。日軍讓更加強悍的第13和第58師團加入衡陽攻堅，使總兵力超過9萬人。

蔣介石對方先覺和第10軍的要求是堅守10-15天，為週邊反攻爭取時間。蔣介石這一次並不打算食言，除了命令第九戰區各軍向衡陽增援外，還從第四和第七戰區各抽調一個軍，加强第九戰區的力量。

以衡陽為覈心的上千平方公里地域內，數十萬中日兩國軍隊絞在一起，互相攻防，竟然沒有了完整的戰線，雙方統帥部都無法完全弄清楚交戰狀況，只好任由前線各軍各師隨機應變。

中國軍隊盡力往衡陽突進，日軍則拼命阻擋。7月28日，第79軍的一個團攻至衡陽週邊的楊梅嶺，但是遭到日軍側擊，全團傷亡四分之三，不得不放弃楊梅嶺。

第62軍也從另一方向攻進衡陽市郊，同樣被日軍兩面夾擊，傷亡慘重，只得撤出戰鬥。這是週邊援軍與衡陽守軍靠得最近的兩次機會，但都沒有能够與衡陽守軍會合。

第79軍與第62軍連日苦戰，傷亡慘重無力繼續攻擊。衡陽城內的第10軍官兵能够聽到郊外的槍炮聲，卻總是看不到援軍的身影。隨著陣地的日益縮小，空投物資越來越困難，守軍的彈藥和糧食也越來越少。

方先覺將都市劃分成幾個防區，由各團分別防守，軍和師的機關後勤人員全部武裝起來，補充到戰鬥部隊。巷戰打了一個月有餘，第10軍逐屋逐街地與日軍進行爭奪，傷亡總數將近1.6萬人，只剩下1200多人完好無損。

《抗日戰爭正面會戰檔案全紀錄》記載：時值盛暑，打死的屍體無法清除，臭不可聞，傷患得不到醫治，傷口惡化，治療的器械、藥品根本談不上，棉花、紗布都沒有了，不少傷兵傷口生蛆流膿，活活受死。有的重傷員開槍自殺，還有的央求醫護人員發發善心，“給我一槍吧”。

8月7日，方先覺召開緊急會議，讓大家商量下一步怎麼辦，突圍、死守，還是投降？第3師師長周慶祥提議暫時投降，以待將來。方先覺默然，回到自己屋裡放聲大哭。

當晚，第3師首先放下武器，方先覺命令開炮，卻發現炮彈用光了。周慶祥帶著日軍聯絡官來到軍部，第10軍在堅守47天后，最終向日軍投降，日軍承諾妥善救治第10軍傷兵，使很多戰士有機會活下去。

此時的蔣介石還不知道這個消息，在8月8日，出動寶貴的戰車（坦克）部隊企圖救援衡陽，卻因炮兵協同不利，攻勢再次失利，衡陽保衛戰就這樣結束了。

第10軍被俘人員在1萬左右，其中8000多是傷患，日軍承認的傷亡是2.9萬，中方的傷亡統計是擊斃2萬，傷6萬，第10軍自身傷亡1.6萬人，仍然遠低於日軍，打出相當出色的交換比。

由於侵華日軍已經意識到帝國的末日為時不遠，對國際影響有所顧忌，不敢再像戰爭初期那樣虐待戰俘，使第10軍的倖存官兵大部分逃脫，連方先覺也在當年11月逃回重慶，受到蔣介石的親切接待，並被授予青天白日勳章。

衡陽保衛戰歷時47天，在國民黨軍隊一片潰退中顯得尤為難能可貴，盟軍對第10軍的頑強和功績也頗為認可。雖然方先覺和第10軍最終放下了武器，但仍無法掩蓋其為抗日做出的傑出貢獻。